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

22

Рис. 1.13 Соосное расположение камер и целиков на сближенных пластах

Длина камер на БКПРУ-1 и БКПРУ-2 принята равной 200 м. На БКПРУ-4 при панельно-блоковом способе подготовки длина камер также равна 200 м.

Камеры при ширине до 7-8 м и мощности пласта до 4 м сопрягаются с выемочными и вентиляционными штреками полным сечением. При большей высоте и ширине камеры соединяются со штреками горловинами. Это делается в целях уменьшения площади обнажения кровли на сопряжениях со штреками, сокращения утечек воздуха путем установки перемычек и возведения фильтрующих перемычек при гидравлической закладке камер отходами переработки.

На руднике БКПРУ-2 при комбайновой выемке роль горловин выполняют стартовые выработки, которые соединяют комбайновые ходы в камере с панельными выемочными штреками. Целики, оставляемые между стартовыми выработками и панельными штреками, уменьшают площадь обнажения кровли и ее давление на штреки, но заметно увеличивают потери руды.

Камеры, как правило, располагаются перпендикулярно к панельным и блоковым штрекам. В отдельных случаях, когда позволяет гипсометрия пласта, для облегчения разворота комбайнов

При камерных системах отсутствует технологический процесс управления кровлей, а процесс крепления сведен к минимуму. Главные функции по поддержанию кровли при этих системах выполняют конструкции из природного материала — целики. Трудоемкость работ по креплению и управлению кровлей здесь почти в двадцать раз ниже, чем при системах разработки длинными очистными забоями. Поэтому производительность труда рабочего при камерных системах значительно выше.

Малый расход крепежных материалов, отсутствие поддерживающих и оградительных крепей в очистных и подготовительных выработках при камерных системах наряду с высокой производительностью труда обуславливают и низкую себестоимость добычи руды.

Высота камер по пластам АБ и Красный-П на БКПРУ-1 равна мощности пластов. На БКПРУ-2 и БКПРУ-4 высота камер по пласту АБ в значительной степени зависит от размеров исполнительных органов комбайна и составляет 2,6-3,5 м. Высота камер по пласту В карналлитового состава устанавливается в зависимости от мощности водозащитной толщи, но не более Юм.

Преимущества камерной системы:

1)Большие свободные пространства позволяют применять высокопроизводительные машины большой мощности;

2)Малое число людей, работающих в одном забое (бурильщик и скреперист или машинисты комбайна и самоходных

вагонов); 3) Высокая степень концентрации работ (работы в 4-5 камерах).

Недостатки камерной системы:

1)Большие потери запасов руды в недрах (до 60-70%);

2)Сложность проветривания тупиковых забоев;

3)Повышенная опасность динамических проявлений горного давления (внезапные выбросы соли и газа).

1.4.КРЕПЛЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.

ЗАКЛАДКА ВЫЕМОЧНОГО ПРОСТРАНСТВА

Горные выработки калийных рудников, как правило, не нуждаются в сплошном креплении из-за достаточно высокой устойчивости пород. Крепление горных выработок носит эпизодический, реже —планомерный характер. Причем наиболее

24

широкое применение нашла штанговая крепь (иногда её называют анкерной крепью).

Капитальные, подготовительные и очистные выработки, проводимые по каменной соли, а также те, которые используются в течение непродолжительного времени, эксплуатируются без крепления.

При наличии больших отслоений кровли или опасности вывала отдельных частей массива после оборки кровли устанавливают штанговую крепь.

Работы по оборке производят вручную с почвы или с отбитой породы с помощью кирок и трубчатых стальных штанг длиной до 5 м заостренных на конце. При большей высоте выработанного пространства применяют различные устройства, например, механические стрелы, снабженные кабиной, из которой один человек с помощью такой штанги обирает кровлю.

Штанги для крепления выработок могут быть по конструкции металлические, бетонные, винтовые, а по принципу действия (взаимодействия с породой) натяжными, контактными и комбинированными.

Натяжные ш танги устанавливаются в скважине с начальным натяжением и с закреплением в скважине только замка.

Контактные штанги устанавливаются в скважине без начального натяжения и имеют контакт с породой по всей длине (винтовые).

Комбинированные ш танги устанавливаются с начальным натяжением в скважины, заполняемые бетоном, смолой и т.д.

Основные параметры штанговой крепи: длина штанги, сетка размещения штанг, начальное натяжение при принятом типе пгганги - определяются расчетами. Наиболее распространенными в Верхнекамских рудниках являются винтовые штанги контактного действия. Они представляют собой круглые стержни из стали, с резьбой специального профиля по всей длине с наружным диаметром 30 мм, шагом 30 мм, диаметром по телу винта 20 мм, длиной до 2000 мм.

Для их установки согласно паспорта крепления пробуривается шпур с помощью ручных электросверл и с помощью этих же сверл через специальный редуктор завинчивается штанга.

Все проходческие и очистные комбайны снабжены установками для бурения шпуров и установки штанг в ходе ведения работ.

При большом объеме работ для установки винтовых штанг могут использоваться специальные установки, смонтированные на самоходном шасси, различные самоходные каретки и станки.

- 25 -

На рис. 1.14 показаны различные виды штанг и вариант станка для установки винтовых штанг. На каждую выработку при необходимости разрабатывается (составляется) паспорт крепления с точным указанием всех параметров крепи (длина штанг, порядок установки, расстояние между штангами).

На калийных предприятиях Верхнекамского месторождения применяется закладка выработанного пространства. Ее применение обуславливается следующими задачами [12]

1.Сохранение сплошности водозащитной толщи (ВЗТ);

2.Уменьшение оседаний земной поверхности;

3.Увеличение извлечения руды из недр;

4.Улучшение проветривания горных выработок;

5.Уменьшение площадей, отторгаемых под солеотвалы;

6.Уменьшение засоления грунтовых вод и водоёмов.

Роль закладки, как упрочняющего фактора, достаточно проблематична. При смыкании закладочного массива с опускающейся кровлей закладка ограничивает смещение налегающего массива. Чем толще слой закладки, тем больше упрочняющее воздействие на целики. Различают два основных вида закладки - гидравлическую и сухую (механическую).

Гидровлическая закладка применяется только на Б1ЖРУ-1. Комплекс работ по гидрозакладке включает:

1)Приготовление пульпы;

2)Гидротранспортирование закладочного материала;

3)Укладку материала в приготовленное для закладки выработанное пространство;

4)Отвод и осветление возвратного рассола и откачку его на

поверхность для повторного использования.

Пульпа готовится на поверхности в специальных емкостях путём смешивания отходов, поступающих из обогатительных фабрик с рассолом, поступающим из рудника.

Пульпа по закладочному трубопроводу диаметром 150-200 мм подается на участки закладки под собственным весом (рис. 1.15).

Подготовительные работы на участке должны включать подготовку камер к закладке (возведение перемычек, установку вводов), подготовку и оборудование участковых рассолосборников, прокладку лотков и трубопроводов для возвратного рассола.

Назначение перемычек - изолировать закладываемую камеру или участок от остальных выработок. На руднике БКПРУ-1 при гидрозакладочных работах применяют фильтрующие (рис.1.16) и глухие дощатые перемычки.

26

27

Фильтрующие перемычки изолируют закладываемые камеры от выработок, не подлежащих закладке, и обеспечивают сток рассолов.

Глухие перемычки, не пропускающие рассол, устраивают в горловинах камер со стороны выработок, по которым транспортируется закладываемый материал. Глухой перемычкой чаще перекрывают не всю горловину камеры, а оставляют половину или четверть ее высоты для прохода людей при наращивании сливной трубы или ликвидации аварии.

Для подачи пульпы в камеру оборудуют ввод, располагая его возможно ближе к кровле. Растекаясь, пульпа равномерно заполняет камеру. Скапливающийся в районе фильтрующей перемычки рассол отводится из камеры по сливным трубам (с поверхности закладочного массива) и через фильтрующую перемычку.

Сток рассола происходит достаточно быстро благодаря пористости материала и образованию усадочных пустот около стен выработок. Через несколько часов закладочный массив становится плотным, хотя полное обезвоживание длится годами. По мере обезвоживания и усадки массива происходят его уплотнение и изменение прочностных и деформационных свойств.

Вдоль закладываемых камер прокладывают трубопровод или открытые деревянные лотки для возврата отфильтровавшегося из закладочного массива рассола. Перед перекачкой отфильтровавшийся рассол осветляют (отстаивают).

Рассолосборники располагают ниже блока закладываемых камер, и возвратный рассол поступает в них самотеком. В качестве рассолосборников часто используют подготовленные к закладке камеры. В камере, предназначенной для участкового рассолосборника, устанавливают шламовые наносы, которые перекачивают рассол в центральный рассолосборник. Оттуда он подается на поверхность стационарными насосами центральной насосной камеры для повторного использования.

Сухая закладка также используется для заполнения выработанного пространства. Закладочным материалом служат отходы химической фабрики и каменная соль, добытая при проходке подготовительных выработок. Отходы химфабрики складируются вблизи шахтного ствола и по трубопроводу диаметром 250 мм, проложенному по стволу, доставляются в приемный бункер, откуда перегружаются с помощью конвейера на магистральный ленточный конвейер. Каменная соль из подготовительных выработок тоже грузится на магистральный конвейер. При необходимости каменная соль проходит роторную дробилку. Оба материала поступают в камеры закладочного массива, где закладываются различными

28

способами: скреперами, конвейерами, роторными метателями, пневмо-закладочными машинами. Применение специальной закладочной техники существенно увеличивает полноту закладки.

При сравнении эффективности двух видов закладки преимущество следует отдавать гидрозакладке [12].

1.5. СОСТАВ РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ. СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ И ЯДОВИТЫХ ГАЗОВ.

ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Разработка калийных пластов сопровождается выделением в рудничную атмосферу природных газов, находящихся в горном массиве.

Наблюдаются три вида газовыделений в горные выработки: обычное - медленное непрерывное газовыделение из мелких

трещин и пор породы; суфлярное - местное повышенное газовыделение из трещин и

всякого рода пустот, вскрытых горными выработками, в большинстве случаев кратковременное (от нескольких минут до нескольких часов);

внезапное - местное выделение большого (по сравнению с обычным) количества газа из мест их локального скопления с одновременным нарушением части приконтурного массива, а иногда и смещением его (обрушением, вывалом, выбросом породы).

При разработке Верхнекамского месторождения калийных солей происходят газодинамические явления (ГДЯ) следующих видов [4]:

-внезапные выбросы соли и газа;

-внезапные обрушения породы кровли, стенок выработки, разрушения пород почвы, сопровождающиеся газовыделением;

-явления комбинированного типа - разрушение пород кровли или почвы с последующим развитием выброса пород и газа.

Указанные явления могут происходить как в момент отбойки, так и после этого. Причем они могут происходить как в призабойном пространстве, так и вне его (запоздалые ГДЯ).

Характер газовыделений в значительной мере определяется газоносностью пород. Под полной газоносностью пород понимается количество природных газов, содержащихся в единице объема или веса породы (м3/м3, м3/т).

В соляных породах газы находятся в виде двух форм - свободные и микровключенные (связанные). Свободные газы в трещинах и полостях часто находятся под большим давлением (до 50-80 атм) и при вскрытии выработками могут выделяться суфлярно. Газы закрытых пор, межкристаллические газы выделяются только

29

при разрушении структуры породы, а внутрикристалические - при разрушении кристаллов.

В состав связанных газов входят кислород (О2), азот (N2), водород (Нг), метан (СН4), углекислый газ (СОг), сероводород (H2S), а также в очень малых количествах аргон, гелий, неон и другие редкие газы.

Основные составляющие свободных газов месторождения - водород, метан, азот, тяжелые углеводороды метанового ряда (С2Н4этан, СзНв-пропан, С4Ню-бутан и другие), углекислый газ и сероводород. Для карналлитовых пластов основными компонентами свободных газов являются водород (19,4-39,4%) и метан (11,5- 39,2%), для сильвинитовых - метан (44,1-47,2%) и этан (6,64-13,0%). Из перечисленных выше газов значительную часть составляют горючие газы: водород, метан, углеводороды (этан, бутан, пропан и др.) и ядовитые газы: сероводород, окись углерода, окислы азота. Почти все газы, в том числе СО, H2S, СН4, Н2 при определенной концентрации в воздухе образуют взрывоопасные смеси.

Скопление свободных газов наблюдается в двух формах: приконтактные (прикоржевые) и гнездовые (очаговые). Распределение газов, их количественный и качественный составы, как по месторождению в целом, так и в пределах отдельных шахтных и выемочных полей, пластов, участков, крайне неравномерны и носят локальный характер. Газоносность пород по горючим газам (метан + водород) колеблется от 0 до 1,5-1,7 м3/м3 пород. Породы отличаются весьма низкой газопроницаемостью. Относительная газомобильность выработок не превышает 0,15-0,2 м3/м3 горной массы - по сильвинитовым пластам и 1,2 м3/м3 - по карналлитовому пласту. Гнездовые скопления представляют собой зоны с повышенной пористостью пород, заполненные газом под большим давлением (до 80 атм). При вскрытии их шпурами, скважинами, исполнительными органами комбайнов, трещинами, взрывными работами возможны суфлярные и внезапные выделения газов, в том числе с выбросом соли.

Все технические и организационные действия, предпринимаемые в связи с газовыделениями в горных выработках или опасностью таковых, регламентируются «Специальными мероприятиями по безопасному ведению горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газового режима» [4]. Для классификации горных выработок по уровню их опасности по газу «Специальные мероприятия ...» вводят понятие «рабочая зона» с отнесением этих зон к трем группам (I, И и 1П) по уровню газовой опасности.

30

Под рабочей зоной понимается: одиночная выработка или совокупность аэродинамически связанных выработок в пределах одного пласта, в которых ведутся очистные, подготовительные, закладочные, разведочные работы, а также любые другие работы, связанные с отбойкой или любым другим нарушением сплошности массива.

Границами рабочих зон являются:

-для одиночной действующей тупиковой выработки или тупиковой выработки, в которой возобновляются работы после вскрытия перемычек или снятия ограждающих знаков - длина выработки от забоя до устья;

-для одиночной сквозной выработки - вся длина выработки между двумя пересечениями с другими выработками , в которой ведутся работы в соответствии с требованиями указанными для рабочей зоны;

- для добычного участка при прямом порядке отработки панели (блока) все очистные, подготовительные, погашенные выработки, включая выемочный и вентиляционные штреки, а также камеры служебного назначения, находящиеся в пределах данного пласта, от забоя подготовительных выработок до границы, расположенной не ближе 50 м от последней рабочей камеры в сторону выработанного пространства; при обратном порядке отработки - все очистные, подготовительные и погашенные выработки, включая выемочный и вентиляционные штреки, а также камеры служебного назначения в пределах данного пласта между границами, находящимися с одной стороны на расстоянии не менее 50 м в направлении выработанного пространства от последней рабочей камеры, а с другой - не менее 100 м в направлении неотработанного массива от первой рабочей камеры;

-для участка закладки - выемочный и вентиляционный штреки, рабочие камеры и камеры в подготовке, камеры служебного назначения, расположенные в пределах одного пласта между границами, находящимися не менее 50 м от последней рабочей камеры в сторону заложенного массива с одной стороны и не менее 100 м от первой рабочей камеры в сторону незаложенного

пространства - с другой стороны [ 4 ] Конкретные границы постоянных рабочих зон, отнесенных к

числу опасных по газу, устанавливаются ежегодно главным инженером рудника при составлении плана развития горных работ. По мере возникновения новых рабочих зон их перечень и границы устанавливаются распоряжением главного инженера рудника в