книги / Проходческо-очистные комбайновые комплексы калийных рудников. Ч. 1

11

Значительная глубина залегания калийных руд, представленных, как правило, горизонтальными или пологими пластами, и целесообразность пересечения водоносных горизонтов наиболее короткими трассами предопределили вскрытие их вертикальными стволами. Применение вертикальных стволов обусловлено также тем, что их герметизация на участках водоносных зон наиболее надежна.

Число стволов определяется мощностью рудников. Так при мощности свыше 3 млн.т. в год проходят не менее трёх стволов. Крепят стволы бетонной, а в водоносных породах - тюбинговой крепью.

В целях компактного размещения зданий и сооружений на поверхности, обеспечения быстрой сбойки стволов под землей и снижения потерь руды в околоствольных целиках главные скиповые, клетевые и скипо-клетевые стволы размещены в центре шахтного поля. Для надежности гидроизоляции стволы пройдены на таких участках шахтного поля, где водозащитная толща имеет мощность не менее 30-40 метров.

Расстояния между стволами приняты 150-200 м против 35-50 м на угольных шахтах и рудниках черной и цветной металлургии. Большие расстояния определены условиями выбора места проходки каждого ствола и стремлением предотвратить затопление всего рудника в случае прорыва воды через один из стволов. В случае прорыва воды большие размеры околоствольных целиков обеспечивают возможность изоляции аварийного ствола от других стволов и выработок водонепроницаемыми перемычками. Число соединительных выработок в целиках между стволами минимально.

При размещении всех стволов в центральной части шахтного поля трудно обеспечить устойчивое и надежное проветривание горных участков, поскольку схема проветривания при этом оказывается противоточной. При камерных системах разработки с открытым выработанным пространством имеют место большие утечки воздуха через отработанные камеры, чем обусловлен повышенный коэффициент запаса воздуха, подаваемого в калийные рудники [2].

Противоточные схемы проветривания требуют дорогостоящих работ по изоляции выработанных пространств (возведение перемычек, засыпка рудоспусков и т.д.) не обеспечивающих, однако, надежной их герметизации.

Поэтому на рудниках, где горные работы ведутся на значительном удалении от центральных стволов, например, БКПРУ- 1, пройден специальный фланговый вентиляционный ствол (шахта

12

№4), обеспечивающий переход на прямоточные схемы проветривания.

Шахтное поле рудника БКПРУ-1, приуроченное к западному крылу и сводовой части Березниковского куполовидного поднятия (средняя часть Верхнекамского месторождения), вытянуто в меридиональном направлении на 11,5 км при размере в широтном направлении - 7,5 км. Калийные пласты, залегающие на глубине 280 м, вскрыты тремя центрально расположенными стволами и одним фланговым.

Стволы № 1, 2, 3 несколько смещены на северо-запад относительно центра шахтного поля и находятся на одной промышленной площадке. Ствол № 4 расположен на южном фланге шахтного поля.

Вскрытие запасов пласта Красный-П восточной части шахтного поля осуществляется гезенками и полевыми выработками, расположенными в подстилающей каменной соли на расстоянии от промышленных пластов до 100 м и более.

Вскрытие запасов пласта Красный-П западной части шахтного поля производится выработками, пройденными по пласту (рудная подготовка).

Шахтное поле рудника БКПРУ-2, приуроченное к мульдообразной впадине северной части Дурыманской брахисинклинали (южная часть Верхнекамского месторождения), простирается на 7,95 км в меридиональном направлении и на 7,7 км в широтном. Рудник ведет добычу сильвинита на пластах АБ и Красный-П.

Шахтное поле рудника вскрыто тремя центрально расположенными стволами. Вскрытие запасов сильвинитовых пластов осуществляется посредством полевой подготовки.

Шахтное поле БКПРУ-4 расположено в пределах БыгельскоТроицкого участка и простилается на 10,37 км в меридиальном направлении и на 17,37 км в широтном. Рудник ведет добычу на пластах АБ, Красный-П и В.

Шахтное поле вскрыто четырьмя вертикальными центрально расположенными стволами. Вскрытие запасов промышленных пластов осуществляется посредством полевой подготовки .

Шахтное поле СКПРУ-1, приурочено к сводовой части Соликамской брахиантиклинали (центральная часть Соликамского участка, расположенного в центральной части Верхнекамского месторождения), простирается на 6,5 км в меридиональном направлении и на 6,2 км в широтном. Рудник ведет добычу сильвинита на пластах АБ, В и Красный-П и добычу карналлита на пласте В.

13

Шахтное поле рудника вскрыто двумя центрально расположенными стволами и одним фланговым. Вскрытие запасов промышленных пластов осуществляется посредством полевой подготовки.

Шахтное поле рудника СКПРУ-2, приурочено к южной части Соликамской брахиантиклинали (южная часть Соликамского участка), имеет размер 6,1x7,2 км. Рудник ведет добычу сильвинитовой руды на пластах АБ, В и Красный-П.

Шахтное поле вскрыто двумя центрально расположенными стволами. Вскрытие запасов промышленных пластов осуществляется посредством полевых выработок двух рабочих горизонтов с отметками - 143 м и - 220 м.

Шахтное поле рудника СКПРУ-З, расположено в пределах Тверитинской мульды Соликамского участка и простирается на 8,5 км в широтном и на 8 км в меридиональном направлении. Рудник ведет разработку сильвинитовых пластов АБ, Красный-П. Шахтное поле вскрыто тремя центрально расположенными стволами. Вскрытие промышленных запасов проведено полевым способом.

Все стволы оборудованы скиповыми и клетевыми подъемными установками. Скиповые подъемы служат для подъема руды, а клетевые - для сцуска-подъема людей и материалов. Высокая стоимость проходки, крепления и поддержания в рабочем состоянии шахтных стволов обуславливает высокий коэффициент их использования. Все стволы, кроме вентиляционного, имеют технологические нагрузки, за исключением клетевой установки ствола № 4 БКПРУ-1, имеющей инспекторское назначение и функцию запасного выхода из рудника.

Глубина вертикальных стволов зависит от глубины залегания разрабатываемых стволов, достигает от 284 м до 525 м.

Диаметр стволов в свету принят равным 7 м (лишь некоторые стволы старых рудников имеют диаметр 5 м) с сечением в свету 38,48 м2 Крепление стволов - чугунные тюбинги и бетон (или кирпич), армировка ствола выполнена из металла.

Грузо-людские стволы также оборудованы лестничными отделениями для аварийного выхода людей на поверхность. К армировке ствола крепятся конструкции для закрепления силовых и контрольных кабелей, трубопроводов различного назначения (для подачи ГСМ, закладочных материалов, трубы зумпфового водоотлива, рассолов).

14

1.2.2. ПОДГОТОВКА ШАХТНОГО ПОЛЯ

Подготовка шахтного поля для ведения очистных работ включает в себя два этапа:

1.Проведение комплекса основных капитальных подготовительных выработок.

2.Разделение пласта на выемочные единицы.

Существуют следующие способы подготовки шахтного поля подготовительными выработками: индивидуальный, групповой и комбинированный. Каждый из них может иметь пластовое (рудное) и полевое местоположение основных подготовительных выработок.

Выбор способа подготовки зависит от сочетания горно­ геологических, технических и экономических факторов. Различные варианты подготовки шахтного поля подготовительными выработками приведены на рис. 1.5.

Под индивидуальным понимается способ подготовки, при котором каждый пласт обслуживается своей обособленной системой подготовительных выработок (рис. 1.5а).

При групповом и комбинированных способах подготовки основными подготовительными выработками обслуживается несколько пластов (рис. 1.56,в). Такие способы характерны для рудников ОАО «Уралкалий».

При пластовом (рудном) способе подготовки основные выработки проводятся по пласту (рис. 1.5а,б), при полевом - по подстилающим породам (рис. 1.5в).

Индивидуальный пластовый способ предусматривает независимую подготовку каждого пласта выработками, пройденными по руде.

Индивидуальный полевой способ предусматривает независимую подготовку каждого пласта полевыми выработками и применяется на тех участках рудников, где отрабатывается лишь один из пластов.

Групповой пластовый способ предусматривает обслуживание верхнего пласта основными выработками, проведенными по нижнему пласту.

Групповой полевой способ предусматривает обслуживание нескольких пластов основными выработками, проведенными по подстилающей каменной соли.

Групповая подготовка пластов экономически целесообразна при небольшом расстоянии между пластами. Такие условия характерны для рудников Верхнекамского бассейна, где расстояние между пластами исчисляется несколькими метрами.

^ 9 х к

16

Пластовая подготовка применяется при незначительной складчатости пластов и практически горизонтальном их залегании. В подобных условиях основные пластовые выработки проводятся, как правило, комбайнами и могут быть оборудованы любым видом транспорта.

Полевая подготовка более целесообразна при значительной складчатости и неспокойном залегании пластов, поскольку магистральный транспорт по пластовым выработкам в таких условиях затруднен или практически невозможен. При полевой подготовке соединительные выработки (гезенки) выполняют роль аккумулирующих емкостей, что позволяет эффективно применять электровозный транспорт по полевым выработкам. Так как эти выработки находятся вне зоны влияния очистных работ, то полевая подготовка эффективно сочетается с прямым порядком отработки шахтных полей (от центра к границам шахтного поля).

Сочетание различных признаков могут образовать и более сложные комбинированные способы подготовки шахтного поля подготовительными выработками. К ним относятся такие, при которых функции групповых выполняют лишь основные транспортные выработки (полевые или пластовые), в то время как вентиляционные выработки проводятся для каждого пласта в отдельности (рис.1.5в). Комбинированные способы имеют широкое применение на рудниках ОАО «Уралкалий».

Вторым этапом подготовки шахтного поля является разделение пластов на выемочные единицы.

Существуют следующие способы подготовки (разделения) пластов: этажный, панельный и панельно-блоковый.

Этажный способ подготовки предусматривает разделение пласта или группы пластов на этажи, вскрываемые и разрабатываемые в нисходящем порядке. Этот способ применяется при наклонном и крутом падении калийных залежей, которые не характерны для Верхней Камы и здесь не рассматриваются.

Панельный и панельно-блоковый способы подготовки предусматривают разделение пластов на панели и выемочные блоки и применяются при горизонтальном или пологом залегании пластов, характерном для Верхнекамского месторождения.

Панельный способ подготовки пластов

Панельный способ подготовки в сочетании с камерной системой разработки применяется на всех рудниках ОАО «Уралкалий». Принципиальная схема панельного способа при расположении

17

основных выработок в подстилающих породах, представленных каменной солью, приведена на рис. 1.6.

От главных транспортных (откаточных) штреков 1 проводятся панельные транспортные (откаточные) штреки 2. Эти выработки образуют магистральную транспортную сеть рудника и служат для подачи свежей струи на горные участки. Над панельными транспортными штреками по пласту сильвинита проводятся панельные выемочные штреки 3, которые соединяются с транспортными штреками гезенками 4. Панельные транспортный и выемочный штреки располагаются посередине панели и деляг ее на два равных крыла. Границами панели по ее ширине служат пластовые панельные вентиляционные штреки 5, по которым исходящая струя выходит на главный вентиляционный штрек 6, проводимый также по пласту. Запасы пласта между панельными выемочными и вентиляционным штреками отрабатываются камерами 7.

Панельные штреки располагаются перпендикулярно осям основной системы складок пласта с таким расчетом, чтобы оси очистных камер совпадали с осями складок. Это обеспечивает меньшие потери запасов при выемке, меньшее разубоживание руды (перемешивание вмещающих пород с рудой), удобство ее доставки, возможность применения комбайнов и средств самоходного транспорта в камерах и более полную закладку отработанных камер.

Вентиляционные панельные штреки являются общими для смежных панелей или обслуживают только одну панель. В последнем случае вентиляционные штреки проходятся в каждой панели и между ними оставляются рудные целики. Панели имеют ширину 300-400 м и длину, определяемую размерами шахтного поля.

Руда, доставляемая из забоев очистных камер, транспортируется по панельным выемочным штрекам скребковыми конвейерами до рудоспускных гезенков. В настоящее время рудоспускные гезенки являются групповыми, т.е. обслуживают группу камер, и проводятся через 130-150 м. На сопряжениях гезенков с транспортными панельными штреками устраиваются механизированные погрузочные пункты. На панельных транспортных и главных транспортных штреках применяются в основном ленточные конвейеры.

Панельный способ подготовки хорошо зарекомендовал себя на рудниках Верхнекамского месторождения, где породы отличаются высокой устойчивостью. Использование полевых транспортных штреков при любом порядке отработки шахтного поля исключает необходимость длительного поддержания пластовых выемочных штреков, площадь обнажения кровли которых в местах сопряжений

- 18 -

их с очистными камерами достигает значительной (до 100 м ) величины. Поскольку выемочные штреки по мере подвигания очистного фронта погашаются, то для кратковременного их поддержания в зоне рабочих камер крепь не требуется.

Существенным недостатком панельного способа подготовки является жестко заданная длина камер, равная половине ширины панели, что не позволяет при необходимости (например, изменении средств доставки) оперативно ее менять.

На рис. 1.7 показаны варианты прямой (а) и обратной (б) отработки панелей (блоков). Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

Прямой порядок отработки панелей (блоков) приводит к большим утечкам воздуха через отработанные камеры. Кроме этого, все сопряжения панелей длительное время остаются в рабочей зоне панельных штреков и их эксплуатация сопряжена с повышенной опасностью.

Обратный порядок отработки позволяет значительно уменьшить недостатки прямого порядка и в ряде случаев оказывается предпочтительнее.

Панельно-блоковый способ подготовки пластов

Панельно-блоковый способ подготовки (рис. 1.8) заключается в том, что перпендикулярно к панельным штрекам проводятся дополнительные выработки - блоковые транспортные и вентиляционные штреки, разделяющие панель на блоки. Ширина каждого блока, измеряемая по оси блоковых штреков, равна половине ширины панели (обычно 200 м), а длина блока, определяющая длину камер, может приниматься различной и изменяться в процессе отработки панели. Обычно ширина блока и, следовательно, длина камер изменяется от 150 до 300 м. Блоковые транспортные штреки, так же как и панельные, проводятся тремя ходами комбайна. Блоковые вентиляционные штреки обычно проводятся одним ходом комбайна.

При комбайновой выемке руды в камерах и доставке ее от комбайнов самоходными вагонами могут быть применены два варианта доставки по блоковому штреку: скребковыми конвейерами и самоходными вагонами. В последнем случае число блоковых штреков зависит от варианта панельно-блоковой подготовки.

Панельно-блоковая подготовка позволяет устранить отмеченные выше недостатки панельной подготовки, однако, в свою очередь, наряду с преимуществами она имеет и недостатки. При ее применении необходимо проводить блоковые штреки. При этом

19

штреки, соответственно, северный и южный, 9,10 - блоко­

южный штреки,9 - выемочный штрек,10 - панельный кон­ вейерный штрек,11 - уклоны,12 - рудоспуски, 13 - на­ правление отработки панели, 14 - направление движе­ ния свежей струи воздуха, 15 - направление движения

исходящей струи воздуха

20

общий объем подготовительных выработок и стоимость подготовки оказываются большими, чем при панельной подготовке.

Так как панельно-блоковая подготовка не лишена недостатков, то она полностью не заменила панельную. На рудниках в настоящее время применяются оба способа подготовки.

На рис. 1.9 и 1.10 наглядно показаны принципиальные различия при панельно-блоковом и панельном способах подготовки шахтных полей.

1.3. ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.

Принятая на рудниках камерная система разработки относится к системам с короткими очистными забоями. Она характеризуется тем, что между камерами оставляются ленточные целики различной «жесткости».

При камерных системах разработки выемка пластов производится буровзрывным и комбайновым способами (рис. 1.11,

1.12).

Ширина камеры при буровзрывном способе выемки определяется из условий устойчивости ее кровли, зависит от состава, свойств руды и покрывающих пород, а также от глубины разработки, и составляет 3-16 м.

При комбайновом способе выемки ширина комбайнового хода определяется типом и габаритами применяемого комбайна, а число ходов в камере по ширине - устойчивостью ее кровли.

Ширина междуходовых целиков, оставляемых по технологическим соображениям для обеспечения эффективной работы комбайна и повышения устойчивости кровли, принимается равной 0,6-1,6 м. Ширина междукамерного целика зависит от ширины камеры, мощности пласта, состава и свойств руды, глубины разработки и положения целиков относительно границ шахтного поля.

При незначительном расстоянии между рабочими пластами, измеряемом несколькими метрами, что характерно для рудников Верхнекамского месторождения, требуется соблюдение соосности камер и целиков по смежным пластам (рис. 1.13). Это необходимо для того, чтобы предотвратить разрушение междупластья и обеспечить синхронную совместную работу целиков по поддержанию налегающей толщи.