Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1 Геологическое строение месторождения 9
1.2. Характеристика РУП ПО "Беларуськалий", технология отработки запасов и параметры извлечения руды на Старобинском месторождении 18
1.3. Обобщение даных о горно-геомеханичсеком состоянии отрабатываемых горизонтов 43
1.4 Выводы по 1 главе. Цели и задачи исследований 49
2. Анализ и обобщение технологических схем погоризонтной отработки запасов калийных солей 55
2.1. Анализ площадей, отработанных различными технологическими схемами, и временных интервалов их отработки на 1РУ при выемке 2-го и 3-го калийных горизонтов 57
2.2. Обощение данных о физико-механических свойствах соляного массива Старобинского месторождение 64
2.3. Рассмотрение условий формирования сил отпора в выработанных пространствах лав 71
2.4. Разработка исходных требований к формированию горно-геомеханических моделей отработки запасов 76
2.5. Выводы по главе 2 80
3. Исследование геомеханических состояний ответственных элементов массива, вмещающего калийно-каменносолевые горизонты 82
3.1. Разработка горно-геомеханических моделей (ГГМ) для исследования НДС элементов МГП при характерных технологиях выемки калийной руды 84
3.2. Обоснование и выбор методов изучения параметров напряжённо- деформированного состояния (НДС) "ответственных" элементов МГП .104
3.3. Исследование геомеханических параметров "ответственных" элементов соляного массива 111
3.4. Выводы по главе 3 135
4. Оценка геомехано-горнотехнических условий многогоризонтной выемки калийно-каменносолевых запасов 136
4.1. Обобщение геомеханических состояний раздельной многогоризонтной отработки калийных пластов 136
4.2. Обобщение геомеханических состояний совместной варьируемой отработки калийных и каменносолевых запасов 152
4.3. Оценка влияния геомехано-горнотехнических факторов на разработку запасов месторождения в центральных частях шахтных полей 156
4.4 Выводы по главе 4 162
5. Разработка методики выбора рациональных схем многогоризонтной отработки запасов калийных месторождений 165
5.1. Разработка алгоритма оценок горно-геологических и горнотехнических факторов и выбора рациональных пространственно-планировочных решений при многогоризонтной отработке калийных месторождений 165
5.2 Технико-экономическая оценка внедрения рациональных схем отработки запасов шахтных полей 168
Заключение 171
Список литературы 173
Приложение
- Характеристика РУП ПО "Беларуськалий", технология отработки запасов и параметры извлечения руды на Старобинском месторождении
- Обощение данных о физико-механических свойствах соляного массива Старобинского месторождение
- Обоснование и выбор методов изучения параметров напряжённо- деформированного состояния (НДС) "ответственных" элементов МГП
- Обобщение геомеханических состояний совместной варьируемой отработки калийных и каменносолевых запасов
Введение к работе
В настоящее время мировой рынок калийных удобрений характеризуется наличием существенных объемов нереализованной продукции у производителей, а также значительных резервов мощностей. Превышение производственных мощностей над объемами производства в 2000-2203 годах достигало 25-гЗО %, а объемы нереализованной продукции в среднем составляли 15-J-20 % от годового объема продаж.
Одним из крупнейших производителей двуокиси калия является РУП ПО "Беларуськалий" - 14- 16% объемов мирового производства, включающее четыре рудоуправления, которые ведут разработку Старобинского месторождения калийных солей.
Как показывает анализ мирового опыта отработки месторождений горнохимического сырья практически все разрабатываемые залежи обладают спецификой, которая в значительной степени определяет не только параметры тех или иных систем разработки, а и принципиальную возможность применения таких систем. Растворимость солей требует обеспечения гарантированной изоляции разрабатываемой залежи от водоносных горизонтов, для предотвращения затопления рудников. В условиях Старобинского месторождения накоплен большой опыт применения различных систем разработки при отработке Второго и Третьего калийных горизонтов. При этом Второй калийный горизонт значительно отработан, а работы на Третьем калийном горизонте, на котором расположено около 85-90 % производственных мощностей, "стягиваются" к центру шахтных полей.
На первоначальном этапе эксплуатации месторождения основной являлась камерная система разработки с поддержанием кровли на жестких или податливых целиках. Со второй половины 70 годов началось внедрение столбовых систем, которые сейчас стали основными системами разработки и в ближайшие десятилетия останутся таковыми. В используемых системах разработки проходится до 15 подготовительных выработок для подготовки двух слоевых лав, что требует оставления межпанельных и междуштрековых целиков значительной суммарной ширины. Такая подготовка выемочных столбов определяет низкое извлечение руды (в среднем около 404-55 %) и снижение ее качества, поскольку до 20 % добычи обеспечивается валовой выемкой руды в подготовительных забоях.
Существенный вклад в теорию и практику планирования и ведения очистных работ на калийных рудниках сделан учеными и специалистами: Андрейко С.С., Зубовым В.П., Ковалёвым О.В., Калугиным П.А., Красноштейном А.Е., Комиссаровой В.К., Лаптевым Б.В., Нестеровым М.П., Поляниной Г.Д. Проскуряковым Н.М., Смычником А.Д., Шалынским Г.П. и др. В тоже время механизм деформирования и разрушения вмещающих толщ при совместной выемке нескольких горизонтов соляных пластов, особенно на затухающей стадии их отработки, имеет особенности, требующие дополнительных исследований, поскольку значимо влияет на технологические параметры добычи руды.
Рациональная отработка запасов таких месторождений как Старобинское, требует принятия соответствующих решений не только при выборе экономически целесообразных систем разработки пластов, но и способов подготовки запасов для последующей их выемки. Приоритетный для месторождения - обратный способ подготовки и отработки месторождения обусловливает наличие существенных проблем горно-геомеханического характера при доработке запасов на конечной стадии эксплуатации шахтопластов. Отмеченное, связано с активизацией горного давления в зонах извлечения указанных запасов, оконтуренных выработанными пространствами. В таких зонах рационализация горнотехнологических параметров добычи может быть достигнута за счёт научно-обоснованного управления здесь горно-геомеханическими процессами, учитывающего взаимовлияние отрабатываемых горизонтов.
Приведённое обобщение условий одновременной отработки нескольких горизонтов, особенно на стадии доработки запасов, позволяют сформулировать, как цели и задачи научных исследований, так и направления их прикладного использования.
Цель работы: Эффективное планирование развития фронта очистных работ на базе разработанной методики надёжного прогнозирования геомеханических ситуаций на шахтных полях, особенно на затухающей стадии отработки запасов.
Идея работы: Стратегия развития фронта очистных работ должна базироваться на оценке геомеханического взаимовлияния отработки горизонтов с учетом анализа полей вертикальных компонентов тензора напряжений.
Основные задачи исследований:
• анализ и теоретическое обобщение (систематизация) характерных горно-геологических условий и технологических параметров отработки Старобинского месторождения;
• анализ проблем, сопровождающих отработку горизонтов и поиск путей повышения эффективности извлечения запасов;
"" • разработка геомеханической модели взаимодействия ответственных элементов геомеханической системы;
• изучение механизмов горно-геомеханического взаимовлияния отрабатываемых свит пластов калийных солей и определение критериальных параметров, характеризующих выбор рациональных и безопасных схем выемки;
• разработка эффективных пространственно-планировочных решений по отработке свиты калийносоляных пластов, обеспечивающих V минимизацию потерь полезного ископаемого при гарантированной безопасности ведения горных работ. Научная новизна:
- установлены функциональные взаимосвязи между параметрами технологических схем и интенсивностью геомеханических процессов, s которые характеризуются экстремальными (граничными) ситуациями с точки зрения безопасности и стоимости используемых технологий;
- предложены зависимости, позволяющие установить степень концентрации вертикальных напряжений при одно- и многогоризонтной выемке запасов на различном расстоянии от фронта ведения очистных работе учетом фактора времени.
Защищаемые научные положения.
1. Изменение горного давления на рабочих горизонтах Старобинского месторождения зависит от "геометрических параметров" отрабатываемых участков шахтного поля в пространстве (в плане и по разрезу) и времени.
2. Методические принципы выбора безопасно-рациональных пространственно-планировочных решений при доизвлечении запасов должны базироваться на оценке "уровня взаимовлияния" отрабатываемых горизонтов с учётом фактора времени и анализе вертикальной компоненты напряжений оу.
3. Определение безопасно-рациональных параметров схем отработки, особенно в центральных зонах шахтных полей на стадии затухания добычи сильвинитового сырья, целесообразно производить по разработанному алгоритму оценок горно-геологических и горно-технических факторов, включающем анализ полей ау.
Методы исследований: Выполнялись анализ и обобщение предшествующих работ, изучались геологические и горно-технические условия разработки калийных пластов Старобинского месторождения; использовался комплексный метод, включающий аналитические и экспериментальные исследования.
Достоверность научных положений и выводов обосновывается представительным объемом проанализированной информации, корректностью выполненных численных экспериментальных исследований, качественным соответствием результатов решения горно-геомеханических задач натурным данным и результатам исследований других авторов.
Практическая значимость работы.
• определены параметры зон повышения (снижения) горного давления на разрабатываемом пласте и на смежных горизонтах, а также оценено изменение данных параметров во времени;
• на базе установленных горно-геомеханических факторов, влияющих на технологические параметры извлечения руды, обоснованы предложения по снижению ее потерь;
• предложены пространственно-планировочные решения по развитию фронтов очистной выемки во времени, позволяющие повысить извлечение полезного компонента.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях молодых учёных СПГТИ(ТУ) "Полезные ископаемые России и их освоение" (СПб, 2002, 2003); на 13-й Национальной Зимней школе по механике сплошных сред, Пермь, 2003; на IX Международной выставке молодежных научно-технических проектов ЭКСПО-Наука 2003, проводившейся под эгидой ЮНЕСКО, Москва, 2003; на научном семинаре "Обеспечение качества и конкурентоспособности при коммерциализации продукта научных исследований", СПГПУ, 2003; семинарах кафедры РМПС СПГГИ(ТУ).
Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации приняты к использованию ОАО ВНИИГалургии и РУП ПО "Беларуськалий".
Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, разработан алгоритм проведения исследований, выполнен анализ полученных результатов исследований, определены параметры пространственно-планировочных решений добычи руды.
Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в 4 статьях и 3 патентах на изобретение. Материалы диссертации использовались при выполнении хоздоговорных работ и аспирантского гранта Ученого Совета СПГГИ(ТУ) за 2003 год.
Характеристика РУП ПО "Беларуськалий", технология отработки запасов и параметры извлечения руды на Старобинском месторождении
Мировое калийное производство в перые годы XXI века составляло около 24 млн. тонн К20 (с колебаниями по годам на 5-т-Ю %). Медленый рост производства происходил почти во всех странах-производителях, особенно в Канаде и СНГ. Суммарно мировые производители калия использовали в среднем около 70 % своих мощностей. Потенциальная возможность поставок продолжает превышать мировой спрос. Мировые излишки уменьшились вследствие улучшения спроса, в то время как не было отмечено больших сокращений мощностей. Мощности были слегка урезаны в СНГ, при этом о некотором развитии мощностей устойчивых производителей в близком будущем было объявлено в Канаде, США, Израиле и Иордании. Старобинское месторождение отрабатывается четырьмя рудоуправлениями РУП ПО "Беларуськалий" и в настоящее время ведется строительство пятого рудника. Производственная мощность объединения составляет 40 млн. тонн руды (около 6 млн. тонн К20). Доля производственных мощностей данного предприятия в мировом производстве калия (около 14-16%) свидетелсьтвует о его значимости в экономике Республики Беларусь и СНГ. ПО "Беларуськалий" экспортирует 80-г85 % своей продукции, и в условиях, сложившихся в настоящее время, состояние объединения в значительной степени зависит от того сможет ли оно удержать свои позиции на мировом рынке. В таких условиях особо актуальным становится решение задач, позволяющих снизить издержки производства и обеспечить стабильную работу предприятия с планируемыми технико-экономическими показателями. Поскольку себестоимость конечной продукции определяется содержанием в руде компонентов КС1 и нерастворимым остатком, то базой стабильной работы рудоуправлений является разработка ресурсосберегающих технологий, позволяющих повысить качество руды и ее извлечение с минимальными затратами. Как показывает анализ мирового опыта отработки месторождений горнохимического сырья практически все разрабатываемые залежи обладают спецификой, которая определяет принципиальную возможность применения тех или иных систем разработки [18, 49, 50, 57, 69, 72 и др.].
Растворимость солей требует обеспечения гарантированной изоляции разрабатываемой залежи от водоносных горизонтов, так как процессы, развивающиеся в массиве горных пород, могут привести к образованию водопроводящих трещин (нарушению водозащитной толщи - ВЗТ) и проникновению подземных вод в соляную залежь. В связи с этим основной системой применяемой на соляных месторождениях является камерная система разработки. Основные показатели рудников РУП ПО «Беларуськалий», разрабатывающих Старобинское месторождение, представлены в таблице 1.1, а динамика производства калийной руды на рис. 1.3. Вследствие применения камерной системы разработки потери только при выемке рабочих пластов продуктивной толщи достигают 50-60 %, а при разработке карналлита 70 % балансовых запасов [50, 69]. С такими высокими проектными потерями не разрабатывается ни одно месторождение других полезных ископаемых в нашей стране. Мотивировка возможности перехода от «жесткого» поддержания пород водозащитной толщи к их деформированию (при увеличении степени извлечения) в пределах сохранения сплошности является весьма ответственным моментом, определяющим не только нормальную эксплуатацию рудника, но, по сути дела, и само его существование. Основой для такого перехода должны являться результаты не только классических гидрогеологических (включая гидрогеохимические) и геологических исследований всей толщи вмещающих пород, но и геомеханические исследования, определяющие возможные изменения физических свойств пород в подрабатываемой толще [57]. Растворимость калийных солей и необходимость сохранения водозащитной толщи определяют специфические требования к мощности и числу пластов, включаемых в состав балансовых запасов. Особенно жесткими являются эти требования для Верхнекамского месторождения, где глубина залегания пластов не превышает 250ч-400 метров, а мощность водозащитной толщи на отдельных участках снижается до 30 метров. На этом месторождении к рабочим отнесены пласты с мощностью, превышающей 2 метра, и из четырех сильвинитовых пластов разрабатываются лишь два, а системы разработки применяются только камерные. Остальные два пласта, которые содержат около 30 % геологических запасов хлористого калия, отнесены к забалансовым, несмотря на то, что они могли бы эффективно разрабатываться существующими и хорошо освоенными, например, в угольной промышленности, средствами механизации и системами разработки [50, 69]. В условиях Старобинского месторождения накоплен значительный опыт применения различных систем разработки при выемке Второго и Третьего калийных горизонтов. В пределах месторождения также ведется опытно-промышленная отработка Третьего пласта каменной соли [32, 72].
Обощение данных о физико-механических свойствах соляного массива Старобинского месторождение
Обобщение данных о физико-механических свойствах соляного массива на площадях Старобинского месторождения произведено с использованием данные различных научно-технических источников [44, 67, 90, 99 и др.]. Первоначально выполняется анализ и обобщение структурных особенностей массива, вмещающего III пласт каменной соли, II и III калийные горизонты в пределах горных отводов рудников РУП ПО "Беларуськалий". Затем оцениваются и обобщаются по выявленным представительным литологическим "пачкам" массива их механические характеристики, в том числе и с учётом трещиноватости горных пород. В заключении приводится обобщение геолого-механических параметров массива, вмещающего отрабатываемые горизонты рудника, которое является базой разработки горно-геомеханических моделей и расчётных схем для оценки напряжённо-деформированного состояния массива горных пород и разработки рекомендаций по параметрам управления состоянием горного массива в геомеханически-неустоичивых зонах отработки запасов II и III калийных горизонтов. Обобщение строения и свойств вмещающего массива выполнено на основании стратиграфических разрезов по скважинам №№6, 9, 11, 25, 112, 113 и др., а также материалов научно-технической библиографии, в том числе, и по Старобинскому месторождению калийных солей [44, 74, 92, 99]. Массив горных пород вмещающий II калийный горизонт, III пласт каменной соли и III калийный горизонт представлен широким спектром литологических разностей пород (каменной солью, глинами, мергелями, известняками, доломитами, песчаниками, алевролитами, различными их вариациями и др.). При анализе имеющегося геологического материала для перспективных площадей отработки 1 РУ к рассмотрению была принята толща пород от почвы III калийного горизонта до водозащитной толщи (включительно).
В почве III калийного горизонта (глубина 600 м) может быть выделена пачка каменной соли мощностью 50 м переслаиваемая глинами, а в районе скважины № 9 (9а) в этой пачке также представлены мощные слои (до 25 м) мергелей, доломитовых мергелей и песчаников. В кровле III калийного горизонта залегает преимущественно каменная соль ( 50 %) переслаиваемая глинами, мергелями и доломитами. Междупластье II и III калийных горизонтов ( 170 м) представлено мощными (до 40 м) переслаивающимися пачками глин и каменной соли с прослоями мергелей и доломитов незначительной мощности, исключение составляет лишь скважина № 25 в районе которой мощность пачки мергелей достигает 25 м (залегающая на высоте 30 м над кровлей отрабатываемого пласта). Третий пласт каменной соли залегает в междупластье II и III калийных горизонтов на глубине 460 м (горизонт "-305 м"). Почва II калийного горизонта представлена в основном каменной солью мощностью от 20 м до 50 м. В кровле данного горизонта залегает преимущественно каменная соль (реже глинистые породы) мощностью 154-30 м. В междупластье I и II горизонтов ( 60 м) залегают мощные пачки глинистых пород и каменной соли с незначительными включениями мергелей. Кровля I горизонта представлена каменной солью выше которой залегает толща мощностью 150м состоящая из известняков, доломитов, мергелей, глин и др. Анализ механических свойств и их последующее обобщение в пределах толщи вмещающей рассматриваемые горизонты выполнено на основании рассмотрения данных о мехсвойствах, полученных при исследовании породных образцов, и последующей корректировки этих данных с учётом трещиноватости и нарушенности породного массива. В такой постановке для геомеханической оценки состояния вмещающего массива необходимы данные о деформационных и о прочностных характеристиках пород, результаты анализа которых приведены ниже. Известные данные лабораторных исследований [74, 81, 90] говорят о том, что диапазон механических характеристик основных пород месторождения достаточно широк. Обобщая их рассмотрение, возможно, констатировать, что деформационные параметры каменной соли и сильвинитов колеблются, в среднем, в пределах: - для модулей упругости (модулей деформаций) - (1,2+2,3)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,3+0,45. - для карналитовых пород, соответственно: - для модулей упругости (модулей деформаций) -(1,4+2,0)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,28+0,32, - для глинистых пород различных генетических модификаций: - для модулей упругости (модулей деформаций) —(0,4+0,9)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,42+0,45; - для доломитов: - для модулей упругости (модулей деформаций) - (2,0+4,9)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,21+0,24; - для мергелей: - для модулей упругости (модулей деформаций) - ( 1,4+3,7)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,22+0,25; - для известняков: - для модулей упругости (модулей деформаций) - (2,4+5,7)-104 МПа; - для коэффициентов Пуассона: 0,2+0,23; Следует отметить, что роль доломитов, мергелей и известняков в осреднённых оценках мехсвойств рассматриваемой толщи незначительна.
Обоснование и выбор методов изучения параметров напряжённо- деформированного состояния (НДС) "ответственных" элементов МГП
Используя накопленный опыт решения горно-геомеханических задач, в частности, и для соляных массивов, в работе принят к реализации экспериментально-аналитический вариант численного метода исследований. Наиболее широко известны такие численные методы как: метод конечных разностей (МКР), метод конечных элементов (МКЭ) и метод граничных элементов (МГЭ). В настоящее время имеется большое число программных продуктов для персональных ЭВМ реализованных на базе данных методов.
Сущность численных методов состоит в том, что искомую непрерывную величину перемещений точек деформируемого тела заменяют (аппроксимируют) кусочным набором простейших линейных функций, заданных на элементах разбивки (в узлах "сетки" для МКЭ или на конечных отрезках для МГЭ). Такая замена сводит процедуру интегрирования дифференциальных уравнений механики сплошной среды к решению системы линейных уравнений. Методы МГЭ (метод фиктивных нагрузок, метод разрывных смещений, прямой метод граничных интегралов), позволяют в сравнении с ЭМК значительно сократить число элементов дискретизации моделируемого массива, которая осуществляется только на граничной его поверхности. Чем для данного метода обусловлена простота решений задач для бесконечных тел. Метод ГЭ широко используется при решении различных прикладных задач, как в нашей стране, так и за рубежом. Наиболее обстоятельно практические вариации МГЭ в задачах механики твердых тел представлены в работах [60, 61, 107, 108].
В методе "разрывных смещений" в результате решения системы линейных уравнений на каждом из элементов контура определяются разрывы смещений DJ и Д/, которые дают определить все параметры» характеризующие НДС любой точки модели. Данный метод основан на аналитическом решении задачи о бесконечной плоскости, перемещения (смещения) в которой имеют постоянный по величине разрыв в пределах конечного отрезка [60]. Условно физической аналогией разрыва смещений можно считать линейную трещина, противоположные поверхности которой смещены друг относительно друга на постоянную величину вдоль всей трещины.
При этом непрерывно распределённые вдоль поверхности "разрывы смещений" (разрывы математической функции координат, описывающей перемещения точек тела) заменяются дискретной аппроксимацией, полагая, что в пределах каждого элемента смещения постоянны. Зная аналитическое решение для одного постоянного разрыва смещений и суммируя влияние всех "N" элементов апроксимации трещины, находится численное решение задачи.
Решение обсуждаемой задачи получено в известных работах С. Крауча, А. Старфилда [60] и др. И хотя решение построено для трещины в бесконечном теле его можно использовать и для решения задач о полостях и конечных телах (в этом случае величины смещений на одной из сторон трещины - их(х, 0+); иу(х, 0+) - будут фиктивными).
Задача о постоянном разрыве смещений на конечном отрезке плоскости Х,У бесконечной квазиупругой сплошной среды задаётся условием, характеризующим непрерывность смещений всюду, кроме рассматриваемого отрезка. Отрезок математически описывается так, что он составляет некоторый участок осиХ, скажем участок jx/ a, у = 0. Если этот отрезок считать прямолинейной трещиной, то на нём можно выделить две его поверхности (рис.3.18), полагая, что одна поверхность находится на положительной стороне оси у = 0, (обозначим её через у = 0+), а другая - на отрицательной стороне (у = 0.). При переходе с одной стороны отрезка на другую смещения испытывают постоянное заданное изменение Д = (Dx, Dy).
AssiJ...A„nJ - граничные коэффициенты влияния для напряжений, определяющие действительные напряжения в центре г 2 элементов (касательные - as и нормальные - ап), вызванные действием постоянных разрывов смещений на всеху элементах.
Решение указанных уравнений относительно DJ и Д/ позволяет выразить напряжения и перемещения (параметры НДС исследуемой области) в произвольной точке тела через линейные комбинации разрывов смещений во всех "j" элементах {для] = 1,..., N).
Обобщение геомеханических состояний совместной варьируемой отработки калийных и каменносолевых запасов
Подчеркнём, что в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях результатом оценки может являться постуляция несущественного изменения геомеханической обстановки в МГП, а, соответственно, и нецелесообразности принятия каких-либо специальных горно-технических мер, отличных от "обычных" условий ведения горных работ на калийных горизонтах. И еще один момент, учитываемый при упомянутых оценках, касается "габаритов" (размеров) подлежащих отработке участков. Все рассмотренные участки III и II калийных горизонтов имеют даже минимальные размеры, сопоставимые с глубиной разработки пласта. Это обстоятельство может позволить варьирование (при проектных проработках) подготовкой данных участков к выемке (например, развитие очистной выемки от выработанных пространств к центру, либо в обратном порядке, а также иные варианты).
Данные о параметрах НДС в зонах опорного давления для массива в любых исследованных случаях говорят о том, что при ведении здесь горных (и подготовительных и очистных) работ этот фактор (геомеханический) может повлиять на их эффективность при использовании только столбовой системы разработки. Но при значительных размерах таких зон можно рассматривать вариант отработки оставшихся запасов в общепринятом (обратном) для шахтного поля направлении. Решая, при этом, в проектной проработке вопрос о параметрах применяемой системы разработки (интегрально - о коэффициенте извлечения полезного ископаемого) собственно в центральной части отрабатываемых запасов. При таком порядке отработки сильвинитовой руды целесообразно рассмотреть вопрос о начале отработки на тех участках, где на данный момент приконтурное выработанное пространство уже имеет наибольшие значения квазиупругой характеристики (ЕВп)- В нашем случае это соответствует участкам с ЕВп 0,34-104 МПа (ц.»0,32), геомеханически исследованным на базе анализа НДС МГП, формирующегося в условиях отражённых, например, моделью ГГМ(РС) - ГУ.2л (рис. 3.13). При условии: "ЕВп- піах" - в примыкающем к ВП массиве значения как протяжённости зоны опорного давления, так и концентрации вертикальной компоненты "ау" в её максимуме будут менее таковых при иных характеристиках уплотнённых в выработанном пространстве пород (например, при Евп«0,26-104 МПа; ГГМ(РС) - IV.2K; рис. 3.14). Напомним, что в первом случае (Евп 0,34-104 МПа) речь идёт об участках, примыкающих к выработанным пространствам, сформированным в 80е-90е годы при применении здесь систем разработки длинными столбами. Во втором случае (ЕВп 0,26-104 МПа) - это те участки III КГ, которые примыкают к ВП, сформированным в те же годы, но при выемке сильвинитовых руд с применением камерных систем разработки. Следует отметить, что и второй из рассмотренных вариантов не может исключаться "абсолютной трактовке". В случае его применения на практике, однако, следует иметь в виду ухудшение здесь геомеханической обстановки (большие протяжённости зон опорного давления, выше концентрация напряжений и др.), что может потребовать, в конечном итоге, больших затрат на безопасное ведение горных работ.
В случае принятия решения о "прямом" порядке отработки оставшихся запасов - из их "центра" в направлении окружающего их выработанного пространства - принципиально негативного влияния геомеханического фактора ожидать, вероятного, также не следует. Это обстоятельство значительно предопределяется временным параметрам, отвечающим срокам выемки запасов в данном направлении, и соответствующим изменением деформационных свойств уплотняющихся пород в ВП на контуре неотработанной части шахтного поля. Достаточное время (сроки обработки запасов) позволит обеспечить условие: ЕВп- піах, а это, в свою очередь, определит выше рассмотренную (первый случай!) схему позитивного изменения параметров НДС в породах III к.г. при ведении очистной выемки в его приконтурных областях. Естественно, что могут быть иные факторы, отвергающие реализацию этого варианта (сложность - удорожание подготовительных работ и др.), но эти обстоятельства должны будут рассматриваться соответствующим проектом. Специфическое геомеханическое состояние в отрабатываемой части шахтопласта может быть вызвано, как следует из анализа НДС МГП, и геометрией (формой) развития фронта очистных работ (ФОР). Это обстоятельство не исключено как при рассмотренных выше "первой", так и "второй" ситуациях, возможных при отработке запасов в "обратном" и "прямом" порядках. Механическое состояние пород МГП (III к.г.) впереди ФОР является функцией его геометрической формы ("прямолинейный": схема I, рис. 3.46; "отстающий": схема II, рис. 3.47; "опережающий": схема III, рис. 3.48). Относительно квазипрямолинейного развития ФОР (сх. I) - в выработках (подготовительных, очистных) при "отстающем" варианте развития фронта (сх. II) в массиве (III к.г.) - могут возникать повышенные (К(ау) « 1,8) напряжения, а при варианте "опережения" (сх. III) - пониженные (К(сту)« 1,5). В общем случае целесообразно планирование развития ФОР в соответствии со схемой III, когда очистное пространство опережает квазипрямолинейный "контакт": ВП-МГП. Известен достаточный "набор" горных мер управления состоянием массива, классифицируемый как региональные, либо локальные меры. В зависимости от горно-геологических ситуаций для конкретных задач, эти меры могут включать: - выбор оптимальной (по ряду факторов) ориентации выработанного пространства на отрабатываемых (предстоящих к отработке) участках шахтного поля; - регулировку продолжительности остановок временных границ выработанных пространств; - изменение скоростей развития фронтов очистных работ; - закладку выработанных пространств; - управление степенью извлечения полезного ископаемого из недр, например, за счёт корректировки применения тех или иных систем разработки; - изменение (снижение-увеличение) числа отрабатываемых пластов (горизонтов) на шахтных полях; - формирование в пределах отрабатываемых участков, т.н. "зон смягчения", т.е. площадей отработки с переменными параметрами геомеханического воздействия на налегающий массив горных пород и ряд других известных горнотехнических мероприятий. Однако произвольное применение таких мер, как показывает практика, может не только не улучшить геомехано-технологическую ситуацию при выемке запасов, но, напротив, увеличить возможность развития в массиве (в пластах) негативных явлений различного рода. В этой связи, принятие к практической реализации тех или иных мероприятий (или отказ от применения любых из них!) должен осуществляться на базе достаточной проработки возможных вариантов геомеханических состояний массива, вмещающего рабочие пласты (горизонты), обуславливаемых геологическими, технологическими и др. параметрами каждой конкретно решаемой горной задачи. На основании проведенных исследований возможно провести оценку степени влияния отдельных факторов на разработку запасов, как "в общем случае", так и в центральных частях шахтных полей. Необходимо сразу разделить два существенно различных направлений рекомендаций. В первом случае предлагаются рекомендации для ситуации реально сложившиеся на данный момент на шахтных полях. Во втором случае рекомендации предлагаются для более общего случая — раскройка в проектных проработках нового шахтного поля (его участка).
