Содержание к диссертации
Введение
1. Направления совершенствования технологических схем разработки Третьего калийного пласта Старобинского месторождения 10
1.1. Анализ специфики горно-геологических и горно-технических условий разработки Третьего калийного пласта Старобинского месторождения 10
1.2. Анализ перспективных технологических схем разработки Третьего , q калийного пласта.
1.3. Опыт применения и перспективы внедрения бесцеликовых систем разработки на Старобинском месторождении 25
Выводы по главе 32
2. Анализ перспективных технологических схем отработки участков с ограниченными размерами 34
2.1. Понятие об участках с ограниченными размерами 33
2.2. Мировой опыт применения технологических схем с разворотом лав на границе выемочных участков 35
2.3. Основные типы технологических схем с разворотом лавы на границе выемочного участка 45
2.4. Анализ опыта отработки участков шахтных полей калийных рудников РУП «ПО «Беларуськалий» с использованием систем разработки с разворотом лавы 50
Выводы по главе 71
3. Шахтные исследования проявлений горного давления в участковых подготовительных выработках 73
3.1. Методика проведения шахтных исследований 73
3.2. Результаты шахтных исследований влияния очистных работ на проявления горного давления в конвейерных сбойках 78
3.2.1 Результаты наблюдений в конвейерных сбойках №7, 8, 9 79
3.2.2 Результаты шахтных инструментальных наблюдений в конвейерной сбойке №1А 90
3.2.3 Результаты шахтных инструментальных наблюдений в конвейерной сбойке №2 96
3.3. Результаты шахтных исследований компрессионных свойств породных полос и степени влияния породных полос на состояние охранного целика 104
3.3.1 Горно-техническая ситуация на участке проведения исследований 104
3.3.2 Результаты исследований компрессионных свойств породных полос
3.3.3 Результаты исследований влияния породной полосы на состояние целика 114
Выводы по главе 119
4. Определение минимально допустимой ширины целиков, оставляемых меяеду повторно используемой подготовительной выработкой и выработанным пространством 121
4.1. Оценка известных методик определения нагрузки на целики и предельной ширины целика 123
4.1.1. Расчет нагрузок на целик по методу Ф.П. Бублика и Г.А. Иванова 123
4.1.2. Расчет нагрузок на целик и его ширины по методике ВНИМИ 124
4.1.3. Расчет нагрузок на целик по методу А.А. Борисова 128
4.2 Результаты расчета минимально допустимой ширины целика 131
4.3 Влияние горнотехнических факторов на параметры зон эксплуатационной трещиноватости в окрестностях участковых подготовительных выработок 135
4.3.1 Особенности деформирования вмещающих пород в окрестности подготовительной выработки
4.3.2 Оценка размеров зон предельного состояния пород кровли над краевыми частями пласта 138
Выводы по главе 143
5. Рекомендации по отработке IV сильвинитового слоя Третьего калийного пласта на участках шахтных полей с ограниченными размерами 144
5.1. Требования к проектируемым технологическим схемам при отработке IV-ro сильвинитового слоя 144
5.2. Технологические схемы, рекомендуемые для отработки IV-ro сильвинитового слоя 145
5.3. Расчет экономического эффекта от внедрения рекомендуемых технологических схем 156
5.3.1 Методика определения экономического эффекта от снижения потерь полезных ископаемых без учета фактора времени 158
5.3.2 Методика определения экономического эффекта от снижения потерь полезных ископаемых с учетом фактора времени 161
5.3.3 Определение экономического эффекта от снижения объема горно- проходческих работ в пределах выемочной панели 166
Выводы по главе 169
Заключение 170
Список использованной литературы 173
Приложения 184
- Опыт применения и перспективы внедрения бесцеликовых систем разработки на Старобинском месторождении
- Мировой опыт применения технологических схем с разворотом лав на границе выемочных участков
- Влияние горнотехнических факторов на параметры зон эксплуатационной трещиноватости в окрестностях участковых подготовительных выработок
- Технологические схемы, рекомендуемые для отработки IV-ro сильвинитового слоя
Введение к работе
Актуальность работы. Задача повышения технико-экономических показателей работы калийных рудников РУП «ПО «Беларуськалий» в современных экономических условиях их функционирования может быть решена только при использовании высокопроизводительного очистного оборудования и систем разработки, позволяющих наиболее полно реализовать возможности данного оборудования.
При отработке сильвинитовых слоев Третьего калийного пласта Старобинского месторождения наиболее полно потенциальные возможности современных механизированных комплексов реализуются при оптимальных длинах столбов, равных 3000-4000 м. Большинство же перспективных для отработки участков на четырех действующих и строящемся (Краснослободском) калийных рудниках РУП «ПО «Беларуськалий» имеют размеры значительно меньше их оптимальных значений, причем доля таких участков постоянно возрастает. Следствием этого является возрастание затрат на выполнение монтажно-демонтажных работ и невосполнимых потерь добычи, повышение травматизма, снижение коэффициентов готовности очистного оборудования.
Решением проблем повышения эффективности отработки угольных и калийных пластов на участках шахтных полей с ограниченными размерами занимались многие научно-исследовательские организации, среди которых необходимо отметить работы СПГГИ (ТУ), ВНИМИ, БелГОРХИМПРОМ, СИПРсОП и др. Результатом этих исследований явилось, в частности, внедрение в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий» систем разработки с разворотом лав на границах панелей без демонтажа, позволяющие повысить эффективность очистных работ на участках с ограниченными размерами. Однако, как показал анализ опыта использования данных систем разработки, все они характеризуются значительными потерями полезного ископаемого (до 33%), большой протяженностью подготовительных выработок и
значительными затратами на их поддержание. Так, число подготовительных выработок, обслуживающих одну лаву, достигает 8 и более.
Разработке технических решений по устранению указанных недостатков посвящена данная работа.
Цель работы. Создание технологических схем отработки калийных пластов на участках с ограниченными размерами, позволяющих уменьшить эксплуатационные потери полезного ископаемого и затраты на поддержание повторно используемых подготовительных выработок.
Идея работы. Отработку участков шахтных полей с ограниченными размерами необходимо производить с разворотом лав на границах панелей и охраной повторно используемых участковых подготовительных выработок целиками и породными полосами, создаваемыми в непосредственной близости от целиков со стороны выработанного пространства.
Основные задачи исследований:
Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на параметры технологических схем отработки Третьего калийного пласта на участках с ограниченными размерами.
Исследование процесса деформирования пород в окрестностях повторно используемых подготовительных выработок на различных стадиях ведения очистных работ при использовании систем разработки с разворотом лав на границах панелей.
Исследование влияния очистных работ на процесс деформирования целиков, оставляемых для охраны повторно используемых выработок.
Исследование влияния горнотехнических факторов на процесс деформирования породных полос, возводимых в выработанном пространстве.
Разработка патентоспособных технологических схем выемки калийных пластов на участках с ограниченными размерами.
7 Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод, включающий: анализ и обобщение данных, опубликованных в горнотехнической литературе; шахтные инструментальные исследования процессов деформирования и разрушения краевой части соляного массива и породных полос, возведенных в выработанном пространстве; аналитические исследования зон с повышенной интенсивностью трещин, возникающих в окрестностях подготовительных выработок; обработку полученных результатов с использованием методов математической статистики.
Научная новизна:
установлена зависимость несущей способности соляных целиков, оставляемых для охраны повторно используемых подготовительных выработок, от ширины породной полосы, возводимой со стороны выработанного пространства в непосредственной близости от целика, и динамики изменения величины ее усадки;
установлены закономерности процесса деформирования и разрушения соляных пород на контуре сечения повторно используемой подготовительной выработки, расположенной на различном расстоянии от границы с выработанным пространством.
Основные защищаемые положения:
На участках шахтных полей, большие размеры которых меньше 80% оптимальной длины столба, определенной при системе разработки длинными столбами, отработку калийных пластов целесообразно вести с использованием предлагаемой технологической схемы, предусматривающей разворот лавы на границе панели и повторное использование подготовительных выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством.
Устойчивость повторно используемых выработок при системах разработки с разворотом лав на границах панели существенно повышается при размещении их на расстоянии от выработанного пространства, превышающем глубину
8 распространения в краевой части массива эксплуатационных трещин, возникновение которых связано с ведением очистных работ. 3. При использовании технологических схем, предусматривающих разворот лавы на границе панели, ширину целика, оставляемого между столбами, отрабатываемыми до и после разворота лавы, можно существенно уменьшить путем возведения в выработанном пространстве в непосредственной близости от целика породной полосы, ширина которой в 3-4 раза превышает вынимаемую мощность пласта.
Практическая значимость работы:
разработана патентоспособная технологическая схема выемки калийного пласта с разворотом лавы на границе панели, позволяющая уменьшить удельную протяженность подготовительных выработок в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий»;
разработан эффективный способ охраны повторно используемых подготовительных выработок, позволяющий уменьшить потери калийной соли на 40-80%;
установлено влияние горнотехнических факторов на величину усадки породной полосы, возводимой со стороны выработанного пространства;
установлен характер и степень влияния очистных работ на интенсивность проявления горного давления в повторно используемых выработках.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций. Достоверность защищаемых положений и основных выводов обеспечивается соответствием прогнозируемых качественных и количественных характеристик исследуемых процессов результатам, полученным при проведении шахтных наблюдений; экспертной оценкой основных выводов специалистами РУП «ПО «Беларуськалий»; использованием современных апробированных методов исследований; значительным количеством данных, полученных при проведении шахтных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2003 г., 2004 г., 2005г., 2006 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы освоения полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 2005 г.); научных семинарах кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» СПГГИ (ТУ).
Личный вклад автора. Сформулированы задачи исследований, разработана методика и проведены шахтные и аналитические исследования, выполнена интерпретация полученных результатов, сформулированы основные научные положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 199 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 источников, включает 64 рисунка и 10 таблиц.
Автор выражает благодарность: научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных; техническим работникам РУП «ПО «Беларуськалий» и ОАО БелГОРХИМПРОМ за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований; сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и помощь при выполнении работы.
10 1. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ РАЗРАБОТКИ ТРЕТЬЕГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА СТАРОБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Опыт применения и перспективы внедрения бесцеликовых систем разработки на Старобинском месторождении
Экспериментальные и опытно-промышленные работы по вопросам возможности использования бесцеликовых схем были начаты одновременно с внедрением системы разработки длинными столбами. Необходимо решить задачу поддержания подготовительной выработки, расположенной со стороны выработанного пространства. Проанализировав опыт отработки угольных месторождений, большое внимание специалистов привлек способ проведения выработок вприсечку к выработанному пространству с оставлением податливого целика шириной 2-4 м. На первом этапе была установлена возможность проведения и поддержания выработки в удовлетворительном состоянии при оставлении целика такой ширины [3, 7]. На втором этапе, пройденная вприсечку выработка (ширина целика составляла 3,0-3,8 м), подвергалась воздействию бокового опорного давления лавы. Ширина целика между выработанным пространством лавы и данной выработкой составляла 36 м (рис. 1.6). Как показали наблюдения, после прохода лавы в стенках выработки со стороны выработанного пространства начали появляться трещины. Разрушение краевой части целика происходило на глубину 0,2-0,3 м при отходе лавы от места наблюдений на расстояние 230-240 м. Величина сближения пород кровли и почвы на контуре сечения выработки составила на тот момент 205-225 мм, однако кровля продолжала сохранять устойчивость. На третьем этапе исследований были проведены опытно-промышленные испытания данного способа охраны горных выработок на Втором калийном пласте. Участок бортового штрека длиной 300м двухслоевой 4-х комбайновой лавы №9 (горизонт -420 м, рудник ЗРУ) был пройден с оставлением целика шириной 1,3-3 м. За исключением участка выработки, где ширина целика снижалась до 1,3 м, состояние выработки шириной 4,5 м было удовлетворительным. Серьезных проблем с поддержанием сопряжения с лавой и выполнения концевых операций не зафиксировано. При отработке Третьего калийного пласта также испытывались различные варианты проведения подготовительных выработок вприсечку. Так, при отработке верхнего технологического слоя лавой №47 (горизонт -620 м, рудник ЗРУ) транспортный штрек проходили участками длиной 250-300 м при оставлении целика у выработанного пространства шириной 2,5-3,0 м. В данном случае также отмечается удовлетворительное состояние штрека.
Опыт бесцеликовой выемки калийных пластов на рудниках РУП ПО «Беларуськалий» был получен и при отработке лавы №11 [5] на Втором калийном пласте (горизонт -420 м, рудник ЗРУ) в 1985-1990 г.г (рис. 1.7). Принципиальная технологическая схема выемки пласта двумя спаренными лавами [4, 5], идеи которой были использованы при отработке запасов 34-й западной панели, приведена на рисунке 1.8. Длина лав составляла 100 м, мощность вынимаемого пласта - 1,8 м. Особенностью данной схемы является постадийная проходка транспортного штрека лавы, расположенного со стороны выработанного пространства ранее отработанного столба, участками 300 - 350 м, что позволило оставлять для охраны штрека целик шириной 3,5 м. Однако, при этом увеличился объем анкерного крепления кровли и стенок выработки. Кроме проведения выработки вприсечку к выработанному пространству ранее отработанной панели, между лавами оставляли целик небольшой ширины, т.к. линия очистных забоев лавы №1 и №2 находились на одном уровне. Это позволило сократить потери полезного ископаемого в целике для охраны панельных выработок. Лавы имели общий конвейер, расположенный в конвейерном штреке 11 одной из лав (рис. 1.7), что уменьшало затраты на транспортировку руды и монтаж/демонтаж ленточных конвейеров. При оценке возможности применения данной технологической схемы для отработки верхнего технологического слоя
Третьего калийного пласта [4] получили, что при отработке двух смежных двухкомбайновых лав, доля горнопроходческих работ снижается с 17,4 до 11,4 % по сравнению со схемами, представленными на рис. 1.4 и 1.5, а коэффициент извлечения увеличивается с 0,708 до 0,982. Прибыль на 1 т погашенных запасов увеличивается на 36%, однако повышается цеховая стоимость 1 т добычи руды. Однако данная технологическая схема имеет следующие недостатки: 1. Взаимозависимость очистных работ в лавах: в случае остановки работ в одной лаве останавливают и вторую, что существенно снижает производительность панели в целом. 2. Необходимость периодического привлечения проходческого комплекса для проведения транспортного штрека, расположенного со стороны выработанного пространства. Следует отметить, что данные недостатки являются общими для всех случаев внедрения бесцеликовых технологических схем, описанных выше в данном подразделе. Кроме того, для обеспечения возможности поэтапного проведения присечной выработки необходимо также через расстояние, равное 250-300 м, проходить в поле лавы технологические сбойки 16 (рис. 1.8). Переход лавой данных технологических сбоек приводит к снижению производительности очистного комплекса, повышению опасности производства работ из-за возможности вывалов отслоившейся кровли сбойки в призабойное пространство. Последнее особенно чувствительно сказывается в лавах, где применяются выемочные машины такого типа, как EW200/230LN, ELECTRA 340sol с односторонним расположением шнека (например, отработка верхнего технологического слоя Третьего калийного пласта). Отгон комбайна после снятия стружки может быть затруднен вывалившимися кусками породы. Вторым перспективным вариантом внедрения бесцеликовой выемки как, на угольных пластах, так и на Старобинском месторождении является применение технологических схем, основанных на размещении повторно используемых подготовительных выработок за пределами зоны статического (остаточного) опорного давления, возникающего у краевой части массива [7, 57]. По данной схеме (рис. 1.9) подготовительные выработки 2 и 3 проводят одновременно на всю длину столба. Ширину целика между данными выработками выбирают исходя из параметров зоны опорного давления, возникающего у краевой части массива после выемки слоя. При отработке следующего столба выработка 1 используется в качестве вентиляционного штрека лавы, тупиковый участок длиной S проветривается с помощью вентилятора местного проветривания, установленного в очистном забое (при условии, что S 10 м). Для обеспечения удовлетворительного состояния концевого участка лавы, расположенного со стороны выработанного пространства оставляют целик Z небольшой ширины. Транспорт руды из лавы осуществляется по выработке 2 до выработок главного направления. Доставка людей и грузов осуществляется по выработке 3.
Мировой опыт применения технологических схем с разворотом лав на границе выемочных участков
При отработке выемочных участков с ограниченными размерами в целях уменьшения объемов монтажно-демонтажных работ применяют следующие мероприятия: применение коротких лав, длиной до 60 м, с отработкой на одну или две выработки [80, 82]; скоростной перемонтаж механизированного комплекса [27]; применение систем разработки с разворотом комплекса. Первые два направления не целесообразно использовать при отработке Третьего калийного пласта Старобинского месторождения. Короткие лавы не обеспечивают достаточно высоких нагрузок на лаву и пригодны в данных условиях только как резервные. Скоростной перемонтаж механизированного комплекса также неприемлем, т.к. предполагает остановку лавы, большой объем ручного труда. Как известно из исследований различных специалистов, в начальный и завершающий периоды отработки столба, длительность которых составляет 3-5 месяцев [25], лава работает с более низкой нагрузкой, чем при работе в основном режиме. Этот фактор является объективной реальностью, присущей любому механизированному забою при отработке столбов любой длины, причем, чем меньше длина столба, тем ниже эффективность применения комплекса. Это особенно актуально для калийных рудников, т.к. период пуска лавы в эксплуатацию добавляется время «выхода» очистного забоя на пласт (слой) из монтажного штрека. Продолжительность данного периода составляет при благоприятных условиях 3-6 суток (около 18 стружек) [1]. Перспективным направлением создания технологических схем отработки участков с ограниченными размерами является применение систем разработки с разворотом очистного комплекса на границе выемочного участка. Впервые идея разворота очистного забоя была предложена в ФРГ в 1964 году с целью уменьшения объемов монтажно-демонтажных работ [25]. В ФРГ впервые в мире был осуществлен разворот лавы длиной 200 м на 180.
Для выполнения такого маневра механизированного комплекса потребовалось: 1. Усиление крепления несущей рамы конвейера. Для усиления узлов соединения усилили тем, что со стороны выработанного пространства по всей длине лавы натянули струговую цепь, к которой болтами прикрепили отдельные несущие рамы скребкового конвейера. Это препятствовало отклонению рештаков при повороте очистного забоя. 2. Монтаж лазерного прибора, контролирующего направление забоя. С помощью лазерного луча также устанавливали положение точки начала рабочего хода комбайна. 3. Защита от обрушения пород кровли. Вокруг центра разворота вручную отработали на ширину 4 м по форме подковы верхнюю наиболее неустойчивую пачку пласта, а выработанное пространство заложили ангидритом, создав, таким образом, искусственную кровлю. При повороте свободное пространство за защитными щитами тоже заполняли ангидритом на ширину 4 м. Принятые меры обеспечили безупречное управление кровлей на сопряжении лавы со штреком в процессе всего периода разворота лавы. Передвижка секций механизированной крепи при развороте не представила особых трудностей. Только в нижней части лавы использовались тали для выправки отдельных секций. Незадолго до окончания разворота забой лавы имел направление, параллельное кливажу, что явилось причиной вывалов пород кровли в призабойное пространство лавы. В этот период нагрузка на очистной забой заметно снизилась. Однако за все время поворота лавы, который длился семь месяцев средняя нагрузка на лаву 1750 т/сут, а производительность труда рабочего по лаве около 20 т в смену. При работе механизированного комплекса на прямолинейном участке до разворота средняя нагрузка на лаву составляла 2250 т/сут, а производительность труда 28,5 т /чел-смену. Успех проведения разворотов механизированного комплекса на шахте "Проспер-Ш" послужил основой для распространения этого опыта на других шахтах ФРГ. Имеются данные о применении этой технологической схемы на шахте «Вестфален» на пласте Зонненшайн. Геологическое строение пласта Зонненшайн неоднородно: на третьем западном участке пласт разделен прослойками различной мощности на три пачки, на четвертом западном участке — на две пачки. Непосредственная кровля мощностью до 6,5 м представлена сланцеватой глиной, переходящей в песчанистые сланцы. Основная кровля - песчаник мощностью около 25 м, на некоторых участках основная кровля является непосредственной кровлей пласта. Мощность пласта изменяется от 2,4 до 3,6 м при среднем значении 2,9 м. На пласте работают лавы, оборудованные механизированной крепью и струговой установкой. Щитовая крепь фирмы "Клекнер-ферроматик" предназначена для работы на пластах мощностью 2,0—3,3 м. Рабочее сопротивление стойки составляет около 450 кПа. Конец верхнего перекрытия (козырек) с помощью цилиндра прижимается к кровле с усилием 25,5 кН. Для облегчения передвижения крепи при развороте в ограждающее перекрытие встроены два корректирующих цилиндра. Вначале было запланировано отрабатывать лаву № 242 до диагональной зоны нарушения, к которой должна подойти с юга лава № 243, а затем перейти на отработку в обратном направлении четвертого западного участка (рис. 2.1). С помощью разведочных работ были определены свойства угля и вмещающих пород, знание которых необходимо для перехода на отработку лавы № 243. Здесь пласт разделен прослойками породы уже на три пачки, и мощность непосредственной кровли гораздо больше. После тщательного анализа вместо перемонтажа оборудования в новую лаву осуществили разворот очистного забоя на 180. В результате два выемочных участка длиной по простиранию 700 м были объединены в один длиной около 1300 м. В табл. 2.1. проводится сравнение основных показателей для вариантов перемонтажа лавы и ее разворота. Таблица показывает, что до точки поворота, на длине участка по простиранию 450 м, к которой лава подошла на 137-е сутки, нагрузка на очистной забой составляла 2452 т/сут, скорость подвигания — 3,28 м/сут, а производительность труда на участке 18,72 т/чел-смену. В данном случае к расходам по выемочному участку относят затраты по лаве, проведению и поддержанию выемочных штреков и транспортированию по ним полезного ископаемого.
Влияние горнотехнических факторов на параметры зон эксплуатационной трещиноватости в окрестностях участковых подготовительных выработок
Проведённые исследования показали, что в окрестности участковой подготовительной выработки в общем случае следует различать следующие характерные области повышенной трещиноватости. Область А (рис. 4.13) непосредственно прилегает к подготовительной выработке 2, погашенной при отработке столба до разворота лавы. Размеры этой области зависят, главным образом, от способа проведения выработки и физико-механических свойств вмещающих пород. Максимальная ширина зоны нарушенных пород наблюдается при буровзрывном способе проведения выработок, минимальная— при комбайновом. Поданным шахтных исследований [10, 12, 18], выполненных для широкого диапазона изменения горно-геологических условий, глубина распространения области А в массив (/0, рис. 4.13) обычно не превышает 0,3 — 0,5 м. Породы непосредственной кровли, расположенные в пределах области А, как правило, неустойчивые и обрушаются при их обнажении. После проведения выработки активизируется процесс образования зон повышенной трещиноватости в массиве вмещающих пород за пределами области А. Этот процесс начинается с наиболее слабого элемента, которым, в большинстве случаев, является пласт полезного ископаемого. Переход участков пласта в предельное состояние и разрушение происходит последовательно с распространением зоны запредельного состояния вглубь массива. Разрушенный пласт в пределах этой области (В, рис. 4.13) сохраняет остаточную несущую способность и, благодаря этому, создает силы отпора, препятствующие увеличению области запредельного состояния. Таким образом, по мере разрушения пласта полезного ископаемого величина бокового давления постоянно возрастает, а величина максимальных напряжений в зоне опорного давления, вследствие перераспределения нагрузок на большую площадь, уменьшается, что, в конечном итоге, приводит к прекращению процесса трещинообразования в пласте. Затуханию процесса разрушения пласта способствует также его защемление опускающимися породами кровли.
На момент прекращения процесса разрушения пласта полезного ископаемого максимум опорного давления будет расположен вблизи границы зоны неупругих деформаций в пласте со стороны нетронутого массива. При величинах напряжений в зоне опорного давления, больших предела прочности пород непосредственной кровли на одноосное сжатие, и относительно небольших силах бокового отпора возможно разрушение пород кровли на удалении от выработанного пространства, превышающем глубину 1т распространения в массив зоны запредельного состояния в пласте полезного ископаемого. Разрушение пород непосредственной кровли происходит последовательно от элемента к элементу по схеме: разрушение - перераспределение на- пряжений - разрушение. По мере распространения зоны С запредельного состояния пород непосредственной кровли вглубь массива интенсивность процесса разрушения уменьшается, что связано с увеличением сил бокового отпора и снижением концентрации напряжений в зоне опорного давления. Наиболее вероятно образование зоны неупругих деформаций в породах непосредственной кровли при залегании выше неё труднообрушающихся пород, склонных к значительным зависаниям при их обнажении. В этом случае не происходит защемления пород непосредственной кровли над зоной разрушенного пласта, а, следовательно, величины бокового отпора характеризуются минимальными значениями. Резкой активизации процесса перехода непосредственной кровли в предельное состояние способствуют разломы слагающих ее породных слоев над границей зоны запредельного состояния пласта от изгиба или скола. Анализ результатов шахтных исследований, а также известных аналитических решений аналогичных задач [29] показал, что для оценки глубины распространения трещин в пласте и породах непосредственной кровли могут быть использованы решения, полученные для пород, деформирование которых описывается диаграммой хрупкого разрушения. При определении размера области запредельного состояния в пласте (ширина зоны В) с учетом наличия в окрестности подготовительной выработки зоны повышенной трешиноватости (зона А) может быть использовано выражение
Технологические схемы, рекомендуемые для отработки IV-ro сильвинитового слоя
Для подготовки панели по IV сильвинитовому слою проходят штреки 1, 2, 3, 5 и сбойки 4. При одновременной проходке данных выработок очистные работы можно начинать при неполном оконтуривании панели подготовительными выработками (рис. 5.1). Это позволит сократить срок ввода в эксплуатацию новой лавы и увеличить пространственную концентрацию работ в панели. Схема проветривания и транспорта обеспечивается посредством технологических сбоек, расположенных в поле лавы. По ним подается свежая струя воздуха, транспортируется руда, добытая от проходки выработки. Сущность данной технологической схемы (рис. 5.2) заключается в отработке участка ограниченных размеров с разворотом лавы на его границе и оставлением целика шириной z между столбами, отрабатываемыми до и после разворота [99]. При выемке столба полезного ископаемого на 1-м этапе лава движется от выработок главного направления к границе выемочного участка. На границе выемочного участка осуществляют разворот лавы, после чего производят отработку столба в противоположном направлении до выработок главного направления (2-й этап). Схема транспорта в период работы лавы до разворота (рис. 5.2, а): лава - 2 - 4 - 3 - выработки главного направления - околоствольный двор. Схема транспорта из лавы в период работы лавы при развороте: лава - 4 -3 - выработки главного направления - околоствольный двор. Схема транспорта из лавы в период после разворота лавы (рис. 5.2, б): лава - 3 - выработки главного направления - околоствольный двор. Транспорт руды, добываемой при проведении обводной выработки 1, производиться по выработкам: 1 - 6 - 3 - выработки главного направления. Для обеспечения отвода отработанной струи по сбойке 6 на панельный Проветривание лавы в период ее работы до разворота при неполном оконтуривании участка подготовительными выработками (рис. 5.1): главный транспортный штрек - 3 - 4 - 2 - лава - 1 - 6 - 5 - главный вентиляционный штрек.
Проветривание лавы в период ее работы до разворота при полном оконтуривании участка подготовительными выработками (рис. 5.2, а): главный транспортный штрек - 3 - 4 - 2 - лава - 1 - главный вентиляционный штрек. Проветривание лавы в период разворота: главный транспортный штрек - 3 - 4 - лава - 1 - 5 - главный вентиляционный штрек. а) В Проветривание лавы в период после разворота (рис. 5.2, б): главный транспортный штрек - 3 (1) - лава - 5 - главный вентиляционный штрек. Схема вентиляции после разворота несколько меняется с появлением вентиляционного штрека, разделяющего лаву на 2 части. Свежая струя поступает в лаву по бортовым (конвейерному и обводному) штрекам, а выходит по центральному (вентиляционному) штреку. Данная схема широко используется при выемке сильвинита двух-комбайновыми механизированными комплексами на Старобинском месторождении. Доставка людей может происходить по выработке 1 второго столба и далее по сбойке 4. По сравнению со схемами, применяемыми в настоящее время на рудниках РУП «ПО «Беларуськалий», реализация приведенного варианта позволяет: 1. сократить потери полезного ископаемого в целике, оставляемом между участками, отработанными до и после разворота лавы. Потери полезного ископаемого в известных вариантах составляют 30-60%, в рекомендуемом варианте - 5-7%. 2. уменьшить объемы горно-проходческих работ. В данное время при подготовке панели проходят до 10 горных выработок.
При реализации рекомендуемой технологической схемы для подготовки панели необходимо пройти 5 выработок. К числу основных параметров рекомендуемой технологической схемы относится ширина целика z. Основной функцией данного целика является: обеспечение удовлетворительного состояния выработки 3 в период отработки участка после разворота лавы. После выполнения данной функции целик должен разрушиться в выработанном пространстве под воздействием горного давления, чтобы не создавать проблем в лавах нижнего технологического слоя. Методика определения ширины целиков, отвечающих указанным требованиям, рассмотрена в главе 4 данной диссертации. Вариант № 2. Данная схема1 [99] отличается от приведенной выше тем, что охрана штрека 3 производиться целиком совместно с породной полосой, созданной при отработке участка в период до разворота лавы (рис. 5.3). Для подготовки панели по IV сильвинитовому слою проходят штреки 1, 2, 3, 5 и сбойки 4. Причем, при реализации данной схемы все выработки должны быть пройдены до начала очистных работ. Сущность предлагаемой технологической схемы состоит в отработке участка с ограниченными размерами с разворотом лавы с оставлением целика шириной z между столбами, отрабатываемыми до и после разворота (рис. 5.3), а также формированием породной полосы за лавой, для обеспечения повторного использования штрека 3 при отработке участка после разворота лавы. При выемке столба полезного ископаемого на 1-м этапе (рис 5.3) лава движется от выработок главного направления к границе выемочного участка. На границе выемочного участка осуществляют разворот лавы, после чего производят отработку столба в противоположном направлении до выработок главного направления (2-й этап). Схема транспорта из лавы в период ее работы до разворота лавы (рис. 5.3, а): лава - 2 - 4 - 3 - выработки главного направления - околоствольный двор. Схема транспорта из лавы в период разворота лавы: лава - 4 - 3 -выработки главного направления - околоствольный двор.
