книги / Моделирование технологических схем выемки калийных руд с закладкой

Полезные ископаемые в массиве

Рис. 1.3. Варианты машинной выемки пласта ”Красный-Н" на Первом Березниковом руднике комбайном:

ных аккумулирующих емкостей между добычным комплексом и магистральными ленточными конвейрами.

Закладка отработанных камер по пласту В входит в единую технологию ведения очистных и закладочных работ. Закладка отработанных камер по пласту В ведется отходами (галитовый отвал) карналлитовой и сильвинитовой фабрик обезвоженных до влажности 6-8% на ленточных фильтрах. Технология закладки заключается в следующем: с фабрики отходы ленточными кон­ вейерами доставляются к стволу рудника и по металлическим трубам диаметром 400 мм перепускаются в шахту на транспорт­ ный горизонт. Ленточными конвейерами отходы доставляются к горловине камеры и далее скреперной лебедкой ”Калий-4” скреперуются по сечению камеры на всю ее длину. По объему камера заполняется на 75%,

Закладка камер по пласту Кр.Н ведется породой от горно­ подготовительных работ и с 1982 г. - отходами обогатительных фабрик.

Порода от горноподготовительных работ в шахте транспор­ тируется до закладочного бункера и далее скреперными лебед­ ками доставляется в отработанную камеру.

направлении от ее конца к горловине путем укорачивания кон­ вейеров, сокращения их количества с периодической передвиж­ кой роторного метателя на длину бросания им породы 20-30 м.

Возможно применение варианта этой схемы II. Тогда камера закладывается в два слоя: сначала от горловины к концу укла­ дывается первый слой мощностью 3-4 м, затем в обратном порядке второй слой.

3. Самоходными вагонами 5ВС-15. Первоначальный коэф­ фициент заполнения камеры 0,75.

Порода с ленточного конвейера сбрасывается сразу в само­ ходный вагон или в промежуточную емкость, из которой по­ грузочной машиной перегружается в вагон. Отсыпка начинается с горловины камеры и ведется к концу. Первоначально форми­ руется первый слой закладочного материала, высотой из расчета габаритов вагона и обеспечения его безопасной эксплуатации в незаложенной по высоте части камеры. Обычно оставшаяся высота камеры 2,5-3 м. Первый слой укладывается самоходным вагоном и разравнивается бульдозером. При соблю­ дении определенных мер безопасности против скатывания вагона под откос слоя и специальной технологии постепенной раз­ грузки вагона на краю первого слоя разравнивание возможно без бульдозера. После формирования первого слоя отсыпается второй слой в обратном порядке. При этом порода не разрав­ нивается, а остается в кучах во всему сечению камеры.

Постепенная усадка закладочного материала снижает коэф­ фициенты заполнения камер на 2-5%.

С 1965 г. на руднике Первого рудоуправления ПО "Урал­ калий” действует опытно-промышленная установка гидравличе­ ской закладки камер по пласту Кр.Н.

За этот период отработана технология ведения гидро­ закладочных работ камер большого сечения после буровзрывных

опытно-промышленные работы по закладке солевыми отходами камер в сложных горно-геологических условиях при повышенной складчатости пласта, начаты опытные работы по закладке камер глинисто-слоевыми шламами от переработки сильвинитовых руд.

Технология гидрозакладки заключается в следующем. Отходы переработки руды после обезвоживания подаются в смесительные емкости, установленные у ствола. Отходы смепЩваются с насыщенным рассолом, который перекачивается высоко­ напорными насосами из шахтного рассолосборника. Приготов­ ленная пульпа из твердой (Т) и жидкой (Ж) фракций в соотно­ шении Т:Ж = 1:2 и 1:3 сливается в пульпопровод диаметром 210 мм, проложенный по стволу и разведанный в шахте по за­ кладываемым панелям. При закладке камер большого сечения в зависимости от уклона камеры пульпопровод заводится в гор­ ловину с выемочного или вентиляционного штрека в наиболее

высоко расположенной точке для улучшения растекания пульпы по камере. В горловине входа пульпопровода ставится глухая, нефильтрующая перемычка или намывается вал из Сухих отходов. Пульпа, разливаясь по камере, равномерно заполняет ее. Угол растекания и формирование закладочного массива зависят от крупности частиц, пульпы. При отходах крупностью до 30 мм от составляет 1,7*3 , 5-7 мм - соответственно более 10 (при этом растекание резко сокращается). Частицы крупнее 7 мм выпадают сразу у места сброса пульпы. Рассол, стекающий после осаждения частиц, фильтруется через перемычку, уста­ новленную в противоположном конце камеры, а осветленный сбрасывается через специальные окна в перемычке или саму пе­ ремычку, обтянутую фильтровальной тканью. Далее рассол на­ правляется в рассолосборники, а из них откачивается на по­ верхность.

При закладке камер малого сечения, проходимых одним ходом комбайна, описанная выше технология применяется редко. Более широко в таких случаях применяется гидрозакладка по блоковой схеме. При этом в пределах панели в зависимости от горно­ геологических условий отгораживается блок камер размерами по простиранию 70-150 м. Размер блока определяется из условий уклона всего закладываемого участка в одну сторону или общего уклона двух полублоков (двух полупанелей) от венти­ ляционных штреков к выемочному, предназначенному для сбора и стока рассола. При подготовке блока с общим уклоном все выходы камер на вентиляционный штрек в нижней части участка изолируются фильтрующими перемычками. Для сбора рассола служит вентиляционный штрек или специально пройденная в нижней части блока выработка. Пульпопровод заводится в по­ вышенной части блока с вентиляционного штрека в камеру под кровлю. При сборе рассола на выемочном штреке по границе блока проходится выработка для его перепуска с выемочного штрека, отделенная от него фильтрующей перемычкой. Коэффи­ циент заполнения камер при гидрозакладке в зависимости от горно-геологических условий (угол падения пласта, склад­ чатость) и степени соблюдения требований технологии закладки колеблется от 0,5 до 0,9. В особо благоприятных условиях при правильно разработанной технологии он достигает 0,95.

1.3. АНАЛИЗ СХЕМ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫЕМКЕ РУДНЫХ ПЛАСТОВ С ГИДРОЗАКЛАДКОЙ

Объем руды, добываемой буровзрывным способом по выше­ описанной технологии на рудниках ПО "Уралкалий”, сокращается из года в год, поскольку благодаря более высокой производи­ тельности труда при машинной выемке к 1983 г. объем машинной выемки возрос до 84%, а выработка в некоторых случаях увели­ чилась до 50%. На первом этапе внедрения очистной машинной

выемки сохранилась тенденция отработки камерами шириной 1516 м. При этом комбайны выполняли выемку пласта с наложением одного хода на другой по высоте и ширине камеры: сперва вынимался верхний слой пласта за пять ходов комбайна ПК-8 или три-четыре хода комбайнов Урал-20 и Урал-10, а затем нижний слой.

При проходке первого хода производится сбойка его с вен­ тиляционным штреком. Достоинства этого варианта:

1.Улучшение схемы проветривания забоя и удаление пыли за счет использования общешахтной депрессии при проходке вто­ рого и последующих ходов.

2.Облегчение контроля за направлением движения комбайна.

3.Проходка всех ходов из одной камеры и зарубка с вые­

мочного штрека, что сокращает перегоны комбайна.

4. Более эффективное извлечение руды из недр, чем в ва­ риантах с оставлением межходовых поддерживающих целиков.

В то же время этот вариант выемки имеет принципиальные недостатки:

1. В кровле камер, сложенной соляными слоями (коржами), склонными к самообрушению по глинистым прослоям, остаются гребни руды или соли на сопряжениях одного комбайнового хода с другим. Для предотвращения обрушения гребни крепятся по сгущенной сетке анкерной крепью, но при интенсивной микро­ складчатости с амплитудой вторичных складок 0,2-0,5 м креп­ ление не исключает полностью отдельные вывалы породы из складок гребня и, соответственно, травмирование работающих.

2. Для уменьшения опасности обрушения и повышения безо­ пасности при движении самоходных вагонов гребни необходимо оставлять как можно меньшего размера. При этом по сечению каждый последующий ход из-за закругленной формы сечения комбайна должен иметь большее наложение на предыдущий. Это приводит к тому, что при проходке второго и всех последующих ходов рабочий орган комбайна частично работает не по забою, а в пустом пространстве. В этом случае чем больше скорость подачи комбайна на забой, тем сильнее динамические удары при соприкосновении с забоем части рабочего органа, проходящего перед этим в отработанном пространстве. Для уменьшения уда­ ров необходимо снижать скорость и соответственно, щюизводительность комбайна. Динамические нагрузки на рабочий орган вызывают поломки режущих зубков и особенно уплотнений валов режущего органа и редукторов комбайна, что в конечном итоге ухудшает систему их смазки вплоть до выхода из строя.

Эти недостатки не позволяют широко применять этот вариант выемки, а при слабо устойчивой кровле он вообще исключается.

В результате при обработке пласта Кр.И по указанным параметрам более широко внедрен вариант с оставлением техно­ логических целиков между ходами (межходовые целики), при ко­ тором более безопасное поддержание кровли выработки и работа режущего органа комбайна происходит в режиме установившихся

равномерных нагрузок. Недостаток этого варианта потеря руды, коща размеры межходового целика выбираются эмпири­ чески без учета его несущей способности.

При анализе схем закладочных работ следует учитывать влияние закладочного массива на повышение несущей способ­ ности целиков. Применение более жестких параметров системы позволяет увеличивать время отставания закладочных работ от очистной выемки и избегать сложности в организации закла­ дочных и очистных работ в пределах одного выемочного участка. Анализ схем закладки следует вести и с учетом при­ меняемого варианта системы разработки. В настоящее время на Верхнекамских калийных рудниках для закладки камер большого сечения (шириной 14-16 м) применяются в основном схемы с использованием сухих солеотходов. Преимущества этих схем перед гидрозакладкой:

1.Простота подготовки камер к ведению закладочных работ дополнительных сооружений и перемычек.

2.Меньшая зависимость производительности закладки от изменяющихся горно-геологических условий: камеры могут закладываться при разных углах падения пласта и при измене­ нии направления падения пласта не требуется изменения схемы работ.

3.Меньшее воздействие влаги закладочного материала на целики.

Из применяемых схем сухой закладки наиболее проста и надежна схема закладки с помощью скреперных лебедок. Однако она имеет недостатки:

1. Низкая производительность скреперных лебедок.

Закладка ведется слоями снизу вверх в направлении от

заполнение камер. Производительность комплекса в 1,5 раза выше производительности скреперной лебедки. Недостаток схемы технологическая сложность. Большое количество задейство­ ванных механизмов обусловливает повышенную вероятность отказов в работе. Кроме того, усложнены монтаж и перемонтаж схемы, поэтому применение комплекса целесообразно лишь в камерах большого сечения (шириной 14-16 м). Для уменьшения объема монтажных работ чаще всего закладку ведут от конца камеры к горловине. Из-за сложности надзора за кровлей в камерах большой высоты повышается опасность работ, так как схема требует постоянного присутствия в камере обслуживаю­

щего персонала.

Вариант закладки слоями (рис. 1.4,11) характеризуется возможностью усиления надзора за кровлей и при этом резким

выемке. Гидрозакладочный массив упрочняется намного быстрее, чем при сухой закладке. При этом выше и компрессионные свойства.

Основной недостаток гидрозакладки увлажняющее влияние рассола на целики и снижение в связи с этим их несущей спо­ собности. Наибольший отрицательный эффект при этом наблю­ дается при большом содержании глины (нерастворимый остаток) в пласте. Рассол, проникая по глинистым прослоям в глубь целика, увлажняет массив. Сами глинистые прослои, размокая в рассоле, становятся дополнительными плоскостями скольжения для отдельных слоев пород, что требует более четкого опре­ деления области применения гидрозакладки и сухой закладки.

Разрабатываемые технологические схемы с твердеющей за­ кладкой и пневмозакладкой еще не вышли из стадии испытаний. Себестоимость этих видов велика и поэтому в данной книге они не рассматриваются.

Повышение более чем в 2 раза себестоимости добычи руды при использовании закладки требует оценки ее целесообраз­ ности в конкретных случаях и совершенствования ее техно­ логических схем для определенных условий разработки. Анализ производственного опыта и технико-экономическое сравнение свидетельствуют о целесообразности применения гидравлической закладки при камерной системе разработки с "жестким” под­ держанием вышележащих пород. При этом обеспечивается большая производительность работ, сокращается время закладки отдель­ ных камер и блоков, а закладочный массив приобретает большую прочность быстрее, чем при сухой закладке.

При выборе оптимальной схемы необходимо:

рассчитывать срок отставания закладочных работ от очист­ ных исходя из времени работы целиков в режиме установившейся ползучести, т.е. закладочные работы должны быть закончены, а закладочный массив должен набрать необходимую прочность до потери поддерживающими целиками своей несущей способности, а именно до перехода в стадию прогрессирующей ползучести;

принимать коэффициент заполнения камер максимальным (0,9-0,95);

предусматривать выполнение всех операций, т.е. принимае­ мая схема должна обеспечивать их технологичность. Гидро­ закладочные рассолы, даже в случаях неуправляемого сброса, не должны мешать очистной выемке;

стремиться к тому, чтобы закладочный массив набирал тре­ буемую прочность за минимальное время.

Принятые на рудниках ПО "Уралкалий” схемы закладочных работ неполностью удовлетворяют этим требованиям. Коэффи­ циент заполнения камер лишь в отдельных случаях достигает 0,95, в среднем же составляет 0,8. В качестве меры по по­ вышению коэффициента заполнения камер принимался во внимание лишь угол падения пласта при выборе направления ведения закладочных работ. Аварийные сбросы рассолов при гидро-

закладке камер порой парализовали очистные работы на выемоч­ ной панели. Во избежание этого закладку панелей вели, как правило, по окончании очистных работ в камерах. Это обуслов­ ливало значительное отставание закладочных работ от очистных и, соответственно, необходимость завышения коэффициента запаса при расчете размеров целиков. В настоящее время каких-либо мер по искусственному ускорению набора прочности закладочным массивом не принимают.

При выборе технологической схемы эти задачи следует решать комплексно с выбором схем закладки. Так, размеры опорных целиков необходимо определять исходя из длительной прочности на весь период работ с учетом их дополнительной прорезки. При этом следует принимать во внимание и вредное влияние закладочных рассолов, которые повышают влажность целиков и следовательно, снижают их несущую способность. Ширину межходового целика следует принимать из условия обеспечения его устойчивой работы до начала закладочных работ. После выполнения закладочных работ межходовой целик должен за счет своей повышенной деформации быстро вступать в работу в системе целик-закладка, чтобы обеспечивалось даль­ нейшее поддерживание вышележащих пород в заданных пределах. Для исключения влияния закладочных рассолов на очистные работы рекомендуются две схемы гидрозакладки - блоковая

совместно с очистными работами и раздельные работы. Преимущества первой схемы: большая концентрация и (при

правильно выбранном отставании закладочных работ от очист­ ных) технологичность работ; простота схемы строительства перемычек и сбора рассола; возможность более строгого конт­ роля за полнотой заполнения камер; снижение объема под­

вейерного штрека, что позволяет большую маневренность на выемочном горизонте. Хрономегражные наблюдения показали, что доля основных операций за счет сокращения вспомогательных повышается на 7-8% с соответствующим ростом производитель­ ности труда. При закладочных работах благодаря хорошей гидроизоляции перепускных скважин для руды достигается его сохранность для второго этапа выемки опорных целиков. Для сбора просочившихся рассолов вдоль целика устраивают участ­ ковые рассолосборники вместимостью 50-60 м3.

В то же время при блоковой схеме закладки теряется вы­ емочный штрек, так как при заполнении блоков пульпой одно­ временно с камерами закладочным материалом заполняется и он. Эта потеря оправдана тем, что при данной схеме отпадает необходимость строительства большого количества перемычек в горловине каждой камеры. Для выполнения работ следующих этапов требуется восстановление штреков. Возможен подвариант этой схемы с закладкой полублоками, когда первоначально

закладывается первый полублок панели, расположенный по падению пласта, а затем второй полублок - после изоляции горловин его камер и перепуска рассола в участковый рассолосборник по выемочному штреку. Этот подвариант потребует большого объема подготовительных работ по строительству фильтрующих перемычек в горловинах камер второго блока, но позволит избежать потери выемочного штрека. На рис. 1.4 показана вторая рекомендуемая схема ведения гидрозакладочных работ при двухстадийной (по выемке) отработке очистного участка. При этом смежные участки (блоки, панели) подготав­ ливают выемочно-транспортным штреком по их границе. Выемку запасов, примыкающих к рудному массиву, ведут камерами пер­ вой очереди, а запасов, примыкающих к отработанному про­ странству, - камерами второй очереди. После отработки камеры первой очереди изолируют фильтрующими' перемычками и запол­ няют закладочным материалом. Отработку последующих выемочных участков ведут аналогичным образом. Между камерами первой и второй очередей, а также между выемочно-транспортным штреком и отработанными камерами первой очереди оставляют целики, ширину которых в последнем случае принимают больше зоны опорного давления (в условиях Верхнекамского калийного месторождения 50-90 м). В рассматриваемом варианте ширину целика между камерами первой и второй очередей принимают равной ширине опорного целика. Однако возможен вариант с двух- и трехходовыми камерами с оставлением одного-двух под­ держивающих целиков между опорными. Частный подпор материала закладки упрочняет целики (при гидрозакладке на 40-90%). Следовательно, на соответствующую величину можно сократить ширину целика между камерами первой и второй очередей.

Подготовку выемочных участков осуществляют также транс­ портным и вентиляционным штреками. После отработки выемоч­ ного участка выработанное пространство изолируют фильтрую­ щими перемычками и производят его закладку.

Предлагаемый вариант отработки запасов очистных камер в направлении от выработанного пространства на массив из спе­ циально проходимого на границе смежных участков выемочно­ транспортного штрека с сохранением между выработками первой

ивторой очередей целика позволяет:

1)повысить безопасность ведения горных работ благодаря проходке и поддержанию выработки длительного срока службы

(выемочно-транспортных штреков) вне зоны опорного давления, а также надежной изоляции камер второй очереди от проникно­ вения в них рассолов закладочного массива камер первой очереди;

2) улучшить условия труда забойных рабочих за счет пре­ дотвращения поступления в эту зону рассолов.

Во всех вариантах важно добиться максимально возможного коэффициента закладки камер. Основные препятствия к увели­ чению коэффициента заполнения - угол падения и складчатость