книги / Моделирование технологических схем выемки калийных руд с закладкой

Рис. 2.1. Раздельное ведение очистных и гидрозакладочных работ блоками:

1 блоковый выемочный штрек; 2 камеры 1-й очереди; 3 камеры 2-й очереди; 4 фильтрующие перемычки; 5 - заложенные выработки; 6 - целик между блоками; 7-8 транспортный и вентиляционный штреки; 9, 10, II, 12 - добычной комплекс (комбайн, бункер-перегружатель, самоходный вагон, доставочные конвейеры)

материалом 5. Отработку последующих выемочных участков ведут аналогичным образом. Между камерами первой 2 и второй 3 очередей, а также между выемочно-транспортным штреком 1 и отработанными камерами первой очереди 2 оставляют целик б, ширину которого в последнем случае принимают в условиях Верхнекамского калийного месторождения равной ширине опор­ ного целика. Однако может быть применен и вариант двух- и трехходовыми камерами с оставлением одного-двух поддержи­ вающих целиков между опорными. За счет частичного подпора материала закладки стенки целиков упрочняются (при гидро­ закладке на 40-90%). Поэтому на соответствующую величину можно сократить ширину целика между камерами первой (2) и второй (3) очередей.

Подготовку выемочных участков осуществляют также транс­ портным и вентиляционным штреками. После отработки выемоч­

ною участка выработанное пространство изолируют фильтрую­ щими перемычками и производят его закладку.

Предлагаемый вариант благодаря отработке запасов очистных камер в направлении от выработанного пространства на массив из специально проходимого на границе смежных участков вые­ мочно-транспортного штрека с сокращением между выработками первой и второй очередей целика позволяет следующее.

1. Повысить безопасность ведения горных работ за счет: проходки и поддержания выработки длительного срока службы

(выемочно-транспортных штреков) вне зоны опорного давления; надежной изоляцией камер второй очереди от проникновения

туда рассолов закладочного массива камер первой очереди.

2. Улучшить, условия труда забойных рабочих, предотвратив поступление в зону их работы рассолов.

Во всех вариантах важен максимально возможный коэффициент закладки камер. Основные препятствия к увеличению коэффи­ циента заполнения - угол падения и складчатость пласта. Даже при уклоне в сторону фильтрующей перемычки при наличии синклинальных складок кровли по длине камеры при достижении верхним уровнем закладочного массива замка складки пре­ пятствуют дальнейшему движению пульпы. Для предотвращения этого предлагается прорезка к кровле камеры вертикальной щели глубиной, равной или более максимальной амплитуды син­ клинальной складки кровли камеры. В данном случае под амп­ литудой складки следует понимать амплитуду складки не плас­ та, а амплитуду складки, оставляемой в кровле камеры ком­ байном. Наибольшая эффективность закладки камеры достигается при глубине щели, равной максимальной глубине установки пульпопровода:

Лщ — Лобщ - Лк,

где Лобщ - высота установки пульпопровода над уровнем кровли конца камеры у вентиляционного штрека, м;

Лобщ =

Здесь а э = 1,7-5-3° - угол растекания закладочной пульпы при отходах флотационной фабрики крупностью до 3 мм; Лк - пере­ пад высоты по длине камеры, м;

полной закладки камеры пульпопровод надо углубить в щель в кровлю на глубину

Аобщ =

При / = 180 м и а 3 *= 3° глубина АобЩ« 6,5 м.

Прорезка подобной щели представляет серьезные технические трудности, требует дополнительного крепления кровли и пр., поэтому гидрозакладка целесообразна прежде всего в камеры, расположенные по падению пласта.

Если в кровле есть синклинальная складка, то для полноты закладки концевая часть камеры должна быть прорезана на глубину, равную амплитуде складки Н^лл.

При наличии в кровле камеры актиклинальных складок зна­ чение Ащ следует увеличить на значение амплитуды максималь­ ной антиклинальной складки Ааллнт.

Для ускорения слива рассола в конце камеры у фильтрующей перемычки должен устанавливаться сливной рассолопровод с выводом в наиболее высокую точку камеры у вентиляционного штрека.

При а 3 < а„л амплитуды складок равны (Ащ * Аошл), но при этом для заполнения отходами всего объема камеры необ­ ходимо соблюдать определенную технологию закладки. Сначала объем камеры заполняют на высоту Нгл (высота горловины камеры на вентиляционном штреке). Затем, после стекания всего рассола (создания первоначального закладочного масси­ ва) и начала консолидации массива, производят постепенное заполнение камеры слоями по 0,6-0,8 м. Причем каждый после­ дующий слой закладывается после начала усадки предыдущего слоя. Пульпа и рассол проходят до фильтрующей перемычки по щелям, образующимся при усадке между целиком и закладочным массивом. Подобная технология снижает скорость заполнения камеры, но существенно повышает коэффициент заполнения.

Из-за складчатости кровли пласта достичь 100%-ного за­ полнения объема камеры удается не всегда, поэтому в целях быстрого вступления закладочного массива в работу и увеличе­ ния его прочности применяют дополнительные меры. Одна из таких мер - быстротвердеющие закладки, содержащие в качестве вяжущего цемента или другие материалы. Хотя прочность мате­ риала такой закладки достигает 10 МПа, этот способ может оыть рекомендован лишь при добыче ценных руд, так как стои­ мость 1 м3 закладочного материала в этом случае порой пре­ вышает 30 руб.

Другой способ уплотнения закладочного массива - путем

пропуска по нему горячих растворов солей ЫаС1 и КС1 - очень энергоемок, но позволяет за счет дополнительной кристал­ лизации солей при охлаждении раствора увеличить прочность материала в 1,5 раза. Предложены многочисленные сопособы упрочнения закладочного массива: механическим воздействием с помощью взрыва ВВ, тепловой обработкой и т.д. Результаты

целика, так как она влияет на его несущую способность. Выбор схемы зависит также от варианта системы разработки принятого на первой стадии выемки и от схемы ведения гидрозакладочных работ, поскольку важна комплексная оценка. Установлено, что влажность сильвинитового целика (для Стебниковского место­ рождения) при воздействии гидрозакладочных рассолов пони­ жается от поверхности до глубины 3-3,5 м с 11% до 0,3%. При этом прочность сильвинита с ростом влажности от 0,5 до 4,5% уменьшается по линейной зависимости от 320 до 80 кг/см2. Для конкретных условий пласта Кр.Н Верхнекамского месторождения

установлено, что влажность массива в камерах, отработанных буровзрывным способом, изменяется от 0,85% на контуре до 0,2-0,3% на глубине 1-1,2 м, оставаясь далее постоянной. В стенках камер, пройденных комбайнами, изменяется от 0,5% на контуре до 0,2-0,3% на глубине 0,4-0,5 м. При длительном воздействии рассолов влажность массива нарастает, но до определенной глубины. Так, при двухлетнем воздействии рассола на междукамерный целик аномальная влажность просле­ живалась на глубину 1,7-2 м по сильвиниту и до 3-3,5 м по глинистым прослойкам, снижаясь с 2-4,6% в приконтурном слое до 0,2-0,3% в глубине массива.

При воздействии рассолов в период гидрозакладочных работ максимальная влажность в приконтурном массиве составляла 1,4%, а на глубине 1,2-1,4 м стабилизировалась в пределах 0,2-0,3%.

Зависимость предела прочность сильвинита Верхнекамского месторождения от влажности имеет линейный характер. При увеличении влажности с 0,2-1,2% прочность падает с 35 МПа до 20 МПа. Содержание глины в сильвинитовых пластах КалушГолыньского месторождения 18-33%, Стебниковского - 6- 10%, Первого Березниковского рудника (пласт Кр.П) - 2%.

Таким образом, рост содержания глины в 3 раза приводит к повышению влажности по мере углубления в 2 раза и по вели­ чине на глубине 1,2-1,4 м - на 60%. Это явление отмечается и на других рудниках Верхнекамья.

Таким образом, для трехстадийной выемки с гидрозакладкой: машинная отработка пласта Кр.П предпочтительней буро­ взрывной, поскольку меньше нарушаются окружающие горную выработку (камеру) породы и менее активно воздействие гидро^

закладочных рассолов на целик (рис. 2.2,а); целесообразны опорные целики больших размеров, так как

при этом увлажняется относительно меньшая часть целика; работы третьей стадии (довыемка оставшихся целиков)

рационально начинать после снижения их влажности или опре­ делять их параметры на первой стадии, учитывая снижение несущей способности.

Рис. 2.2. Схемы прорезки междукамерных опорных целиков после окончания гидрозакладки по пласту ”Красный-1Г:

а - при машинной выемке; б, в - при буровзрывной выемке; / - заложенные камеры первой очереди машинной выемки; 2 - междукамерные целики; 3 межходовые целики: 1 ' - 4в - очередность прорезки целика комбайном

вариант (в) может применяться тогда, когда полнота закладки прилегающей камеры близка к 100% и достаточен разрыв по времени между окончанием закладки и началом прорезки цели­ ков. При заполнении камеры на 90-95% этот вариант может быть применен при складчатой кровле, когда закладочный массив подошел под синклинальные складки кровли и начал поддер­ живать ее. Это условие должно быть выполнено в целях безопасности работ при увеличении пролета кровли в камере свыше предельного. Закладочный массив должен набрать тре­ буемую прочность за счет длительной консолидации и пере­ кристаллизации массива, либо за счет применения искусствен­ ных мер. В этом случае коэффициент формы закладочного массива

Кф - Л/а * 7,5/16 = 0,47.

Удельная несущая способность массива

Для сохранения несущей способности системы при а = 16 м и

Ь = 10 м процессу выемки всего целика в случае полного подпора кровли закладкой прочностные свойства закладочного массива должны быть

равная 10 м; а - ширина камеры, равная 16 м.

Материал закладки может достичь подобной прочности лишь при применении дорогостоящих искусственных мер по упрочне­ нию. Поэтому даже в случае полной закладки камеры нельзя без потери несущей способности системы идти на выемку всего целика.

Для обеспечения устойчивого поддержания кровли целиками и закладочным массивом целесообразен третий вариант (см. рис. 2.2,в), так как в этом случае оставшаяся часть целика шири­

вость целика снижается от повышения его влажности менее зна­ чительно, что позволяет осуществить третью стадию выемки. Однако обеспечение устойчивости кровли при увеличенном ее пролете сопряжено с условием: камера должна быть заполнена закладочным материалом в полном объеме или при наличии складчатости опираться на закладочный массив в районах складок. Увеличение устойчивого пролета может быть достиг­ нуто и за счет применения крепления кровли анкерной крепью.

Эти варианты (см. рис. 2.2,6 и в) прошли опытную проверку на 3-й восточной панели Первого Березниковского рудника и дали положительные результаты (см. разд. 3).

При машинной выемке (см. рис. 2.2,а) ширина опорного целика при трехходовой выемке пласта 1-й очередью, как пра­ вило, обеспечивает проходку одного хода при коэффициенте извлечения С = 0,45. В ряде случаев для повышения Кнм ширину опорного целика целесообразно принять большей из расчета его выемки во вторую очередь после гидрозакладки двумя ходами комбайна с податливыми целиками.

2.2. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ

Более широкое внедрение предлагаемых вариантов камерной системы предполагает промышленную проверку в целях установ­ ления параметров, гарантирующих безопасное применение и технологическую эффективность. Необходимо определить и испытать оптимальные параметры междукамерных и межходовых целиков, влияющих на безопасное состояние кровли и целиков камер в заданный срок службы до начала гидрозакладочных

0,05 при угле общего падения пласта менее 5° С этим связано эффективное применение комбайновой выемки пласта почти на всей площади панели с разубоживанием руды за счет прирезки вмещающих пород не более 6-7%, В то же время уменьшение складчатости пласта, особенно микроскладчатости, снижает несущую способность целиков и кровли. Несущую способность кровли снижает также повышение мощности глинистых прослоев между отдельными слоями каменной соли ("коржами”), залегаю­ щими к кровле пласта. В табл. 2.1 приведена геологическая колонка пласта Кр.И в этом районе. Применение варианта систем разработки с камерами шириной 14-16 м при подобной микроскладчатости пласта и слоев и повышенной мощности глинистых прослоев в сходном районе на третьей западной панели было прекращенно из-за его малой эффективности и повышенной опасности. Это было вызвано снижением устойчи­ вости кровли и необходимостью значительного увеличения затрат на ее поддержание от обрушения. Переход на комбай­ новую выемку пласта Кр.Н в подобных условиях позволил повысить безопасность работ. Выбранный для опытно­ промышленных работ участок граничит с севера с третьей западной панелью, отработанной ранее, т.е. «часть его нахо­ дится в зоне полной подработки. Это позволяет проследить процесс изменения деформаций элементов системы от начала нагружения до и после полного восприятия нагрузки.

На земной поверхности над выбранным участком нет промыш­ ленной застройки. Участок удобен для устройства реперной профильной линии для наблюдения за оседанием земной поверх­ ности.

Для практического сравнения предлагаемого варианта системы разработки с базовым в 1981-1982 гг. был отработан участок с увеличением в пределах камеры числа комбайновых ходов до трех.

Параметры системы были рассчитаны по предложенной мето­ дике [6]. Участок отрабатывался комплексом в составе ком­ байна ”Урал-20КС”, бункера-перегружателя БП-3 и самоходного вагона 5ВС-15М.

Цель испытаний:

1.Изыскание оптимального способа очередности проходки ходов в камере, обеспечивающего наибольшую безопасность и технологичность работ.

2.Исследование напряженно-деформированного состояния горных пород в базовом и испытываемом вариантах для опреде­ ления безопасных сроков отставания закладочных работ от

очистных.

В период проходки по предлагаемому варианту камер 166, 168, 170 в них были оборудованы замерные станции (рис. 2.3). Замерные станции были также оборудованы в камерах 171, 173, 175, 196 (рис. 2.4) базового варианта.

При проведении натурных исследований по оценке состояния

приконтурного массива выработки анализировалось поведение системы целик кровля - почва как определяющее в условиях Верхнекамского месторождения безопасные параметры выработок.

В исследования входили:

определение величины и скорости конвергенции системы кровля - почва выработок в зависимости от времени и рас­ стояния до фронта очистных работ;

то же, поперечных и вертикальных (продольных) деформаций междукамерных и межходовых целиков в зависимости от времени и расстояния до фронта очистных работ;

то же, деформаций пород кровли и формирования свода естественного равновесия в кровле выработки (для базового и рекомендуемого вариантов с использованием широко опробиро­ ваниях в натуре методов);

непосредственный замер деформаций конвергенции стенок', кровли почвы выработок стойками СУИ-2, рулетками ВНИМИ;

замеры деформаций пород целиков и кровли с помощью реперов;