Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние сырьевой базы, практики разработки и исследований 10
1.1 Горно-геологическая характеристика Предкарпатского калиеносного бассейна 10
1.2 Анализ практического опыта и исследований .23
Глава 2. Обоснование схемы вскрытия, подготовки и отработки месторождений .31
2Л Развитие схем вскрытия, подготовки и отработки месторождений 31
2.2 Технология вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения 36
Глава 3. Оптимизация технологии проходки и добычи 43
3.1 Технологические схемы проходки 43
3.2 Технологические схемы добычи 53
3J 75Система управления технологией добычи каишгго-лангбейштговых руд 75
Глава 4. Использование и складирование отходов калийного производства 92
4.1 Характеристика руды, продуктов и отходов переработки 92
4.2 Основные направления размещения и использование отходов калийно-магниевого производства 95
Глава 5. Управление геомеханическими процессами 109
5Л Физико-технические основы разработки 109
5.2 Взаимодействие системы целик-закладка 130
5.3 Формирование устойчивых геомеханических систем 139
5.4 Геомеханические нормативы отработки целиков специального назначения 176
5.5 Сохранение длительного эксплуатационного режима горных выработок 196
Глава 6. Освоение и ликвидация выработанного пространства 22S
6,1 Способы использования выработанного пространства 228
62 Способы ликвидации выработанного пространства 230
Глава 7. Экономическая эффективность разработки 236
Ценность каинито-лангбейнитовых руд. 236
Структура суммарного экономического эффекта 239
Обшне выводы. 243
Литература
- Горно-геологическая характеристика Предкарпатского калиеносного бассейна
- Технология вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения
- Технологические схемы добычи
- Формирование устойчивых геомеханических систем
Введение к работе
Процесс освоения калийных месторождений Предкарпатья сопровождается непрерывным накоплением подземных пустот и отходов переработки каиннто-лангбейнитовых руд на поверхности. К настоящему времени объём выработанного пространства достигает 40 млн.м3, на поверхности размещено свыше 30 млн.м3 галитовых отходов обогащения и глинисто-солевых шламов. Такое положение привело к ряду негативных последствий. Прежде всего это высокий уровень потерь полезного ископаемого при системах с жёстким поддержанием кровли — более 50%. С глубиной ожидается их увеличение до 70%. Проникновение пресных вод через водозащитную потолочину в камеру №115, отработанную по пласту №10 на Стебниковском калийном руднике №2 (СтКР-2), относится к числу трудно ликвидируемых последствий при наличии большого объема незаложенных пустот. Аномальные проявления горного давлення в виде сосредоточенных провалов земной поверхности наблюдались на устойчивых полях рудника Калуш - Центральном и Северном Канннтовом. К значительному оседанию (до 3-5-5 м) и подтоплению земной поверхности привела разработка Северного и Хотинского сильвинитовых полей. В зону опасных сдвижении попало около 40 жилых домов.
В результате размещения на поверхности отходов обогащения, выход которых составляет 0,6 т на 1 т руды, изъято до 400 га полезной площади, происходит интенсивное засолонение почвт подземных вод и поверхностных водоёмов, необратимое изменение геологической среды, а прорыв дамбы хвостохранилища на бывшем Стебниковском калийном заводе (ныне Государственном горнохимическом предприятии Полиминерал — ГГХП) привело к национальному бедствию. Всего на территории Украины размещено свыше 2000 шламо- и хвостохранилищ, которые представляют серьезную угрозу для окружающей среды .
Технология подземной добычи каинито-лангбейнитовьгх руд основана на буровзрывной отбойке и скреперной доставке, характеризуется средним уровнем эффективности. Однако неравномерная отработка пластов различной мощности существенно повлияла на технико-экономические показатели работы рудников. Один из недостатков камерной системы разработки с гидрозакладкой является невозможность надёжной гидроизоляции выработанного пространства, что в случае прорыва закладочного материала создаёт угрозу для работающих на нижележащих горизонтах.
Освоение калийного месторождения Пішло уже на стадии вскрытия привело к неоднократному разрушению тюбинговой крепи и деформации армнровкн во вспомогательном стволе, к разрушению бетонной крепи в вентиляционном стволе, арочной податливой крепи в транспортном и конвейерном квершлагах, к деформации двухслойной податливой крепи сопряжений стволов с приствольными выработками.
Негативные последствия подземной разработки калийных месторождений Предкарпатья и размещения отходов переработки каинито-лангбейнитовых руд на поверхности оцениваются огромным экологическим и экономическим ущербом. Предотвращение таких явлений возможно на основе комплексного подхода к освоению новых калийных месторождений, включающего взаимосвязанное решение вопросов добычи, переработки руды и размещения отходов обогащения, экономической оценки работы калийно-магниевого производства.
Поэтому целью настоящей работы являлось создание системы комплексного освоения калийных месторождений Предкарпатья, обеспечивающей высокую эффективность разработки, надёжность поддержания налегающих пород и земной поверхности, длительную устойчивость горных выработок, экологическую чистоту и безопасность.
Основная идея работы заключается в использовании восходящего способа отработки запасов, высокопроизводительных проходческих и добычных комплексов, особенностей деформирования жёстких геомеханических систем с учетом закладки выработанного пространства отходами переработки, шелевого и скважинного способов разгрузки приконтурных массивов для сохранения длительного эксплуташюнного режима . горных , выработок, сплошности налегающей и водозащитной толщи пород, повышения надёжности калийной шахты как технологической системы в целом и обеспечения экологической безопасности. Всё это представляет собой формулу высокоэффективной, стабильной и безопасной работы калийного рудника.
Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи: исследовать технологические процессы вскрытия, подготовки и очистной выемки каинито-лангбепннтовых руд; изучить влияние мощности пласта (высоты отбиваемого слоя) на эффективность добычи руды ; изучить влияние горного давления на устойчивость очистных, подготовительных выработок и земной поверхности; разработать методику оценки устойчивости естественных барьерных целиков и комбинированных барьерных полос из рудных целиков и закладки, установить геомеханические нормативы разработки и параметры сдвижения налегающих пород и земной поверхности, создать способы сохранения длительной устойчивости горных выработок и механизм упра-вления напряженно-деформированным состоянием приконтурных массивов; разработать экономический механизм и методику экономической оценки систем подземной разработки с учетом закладки выработанного пространства.
Поставленные задачи решались с применением лабораторных методов в комплексе с натурными и аналитическими методами исследований, а также технико-экономического анализа.
Лабораторные методы исследований использовались для определения физико-механических свойств горных пород и отходов обогащения кашште-лангбейнитовых руд, натурные наблюдения и инструментальные исследования проводились для определения деформаций горных выработок, налегающих пород и земной поверхности. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, наименьших квадратов, последовательных приближений. Метод технико-экономического анализа был использован для исследования работы калийно-мапшевого производства. Кроме того, в работе использовались метод аналогий, методы математического моделирования, геомеханических моделей. Обобщение результатов исследований производилось с помощью системного анализа. Существенная часть математического аппарата разработана автором.
Совокупность перечисленных выше задач, методов их решения и прогноз технико-экономических последствий составили сущность разработанной автором системы комплексного освоения калийных месторолодений Предкарпатья, представленной на рис. 1.
Научные положения, защищаемые в диссертации:
1. Надёжность технологии вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения обеспечивается за счёт многослойной гидроизоляции основного галечникового водоносного горизонта, соляного зеркала и свей налегающей толщи пород с помощью растворов на основе каустического магнезита, гематита и хлормагниевых рассолов.
2. Равномерная отработка калийных залежей различной и переменной мощности достигается при условии, что средневзвешенные показатели трудоёмкости и себестоимости добычи руды не должны превышать значений для принятой за стандарт вынимаемой мощности в соответствии с предложенной системой управления технологией добычи —технологической моделью отработки месторождения.
3. Повышение несущей способности между камерных целиков в том числе нарушенных трещинами и работающих в области запредельных деформаций, в результате бокового давления породносухой, монолитной закладки или гидросмесей способствует формированию устойчивых геомеханических систем, обеспечивающих минимальные потери полезного ископаемого и оседание земной поверхности, особенно при восходящей отработке запасов полого-наклонных и крутопадающих калийных залежей.
4. Особенности отработки целиков специального назначения состоят в необходимости повторного тампонажа геологоразведочных скважин с поверхности или из подземных горных выработок, определения безопасной глубины разработки под магистральными железными дорогами, в обосновании применительно к конкретным горно-геологическим условиям мощности водозащитной толщи, в том числе в переходной зоне под дном и от бортов карьера при формировании жёстких геомеханических систем и соблюдении сейсмически безопасных расстояний от места взрыва до объектов первой категории охраны — шахтных стволов, скважин, почвы соляного зеркала.
5. На использовании эффекта поглощения техногенными полостями деформаций ползучести соляных пород основано управление напряжённо-деформированным состоянием вокруг горных выработок с помощью способов щелевой и скважинкой разгрузки приконтурных массивов, причём долговечность выработки определяется из условия равенства объёмов смещаемых вовнутрь выработки и поглощаемых техногенными полостями породных масс.
6. Сокращение непроизводительных расходов на 1 т руды в зависимости от изменения количества выемочных запасов и коэффициента технологичности системы разработки системы составляет сущность механизма рационального использования недр. Эффективность системы разработки в общем случае определяется суммарной экономией средств от повышения извлечения ископаемых солей, сохранение ценной полезной площади , затрат на снос и последующее воспроизводство охраняемых объектов на поверхности, на ликвидацию рудника, непроизводительных расходов на обслуживание отвального хозяйства за вычетом затрат на закладку выработанного пространства.
В основу диссертационной работы положены исследования, выполненные автором в 1967—1975 г. г. в бывшей Калушской научно-исследовательской лаборатории ВНИИГалургии, в 1977-1995 п-в концерне Хлорвинил (концерн Органа, в настоящее время - ОАО Ориана). Объектом исследований являлись Калуш-Голынское и Стебникское месторождения Предкарпатского калиеносного бассейна, ведущее предприятие - Государственный институт горной химии - Горхимпром (г. Львов),
Горно-геологическая характеристика Предкарпатского калиеносного бассейна
Калийные породы развиты на внутренней зоне прогиба, которая разделяется на Бориславско-Покутский и Самборскнй покровы. Первый занимает юго-западную полосу внутренней зоны, а второй - северо-восточную. Оба покрова имеют чешуйчато-складчатое строение, К Бориславско-Покутскому покрову относится Воротыщенская калийная формация, к Самборскому - Калуш-Голынская [2]. Каждое из месторождений разбивается сбросо-сдвигами на блоки, причем по мере приближения к сбросо-сдвигам увеличивается мощность пластов,
В районе Калуш-Голынского месторождения выделяют три геоструктурные единицы: Калушскую антиклиналь, Калушскую и Голынскую синклинали. Калушская антиклиналь простирается с северо-запада на юго-восток. Юго-западное крыло антиклинали сложено небольшими второстепенными брахиантикликальными структурами с пологим падением пластов, а северо-западное, наоборот, резко погружается на северо-восток под углом (70-5-80)0. При этом соленосные пласты испытывают растяжение и уменьшаются по мощности.
Антикликальная структура делит надвинутый комплекс миоцена на две синклинальные структуры: на северо-восточную (Калушскую), ось которой погружается в северо-западном направлены, и юго-западную (Голынскую).
В районе Калушской синклинали, представляющей собой ассиметричную узкую (до 3,5 км) и глубокую впадину, выделяются Северное сильвияитовое, Северное каиниговое, Центральное и Хотинское поля. Эти рудные поля приурочены к небольшим поперечным впадинам северо-восточного крыла Калушской синклинали (рис-3).
В пределах Голынской синклинали, представляющей собой пологую мульду шириной около 7 км, соленосная толща сложена слоистыми и брекчированными соленосными глинами с прослоями каменной соли и мощными залежами лангбейнит-каинитового и сильвннитового состава. Особенностью Голынской синклинали является резкое увеличение (в два-три раза) мощности отложений на северо-восточном её крыле. Такое увеличение мощности объясняется условиями седиментации, надвнговой тектоники и явлениями внутрипластового перемещения материала. Здесь расположены Западно-Голынское, Восточно-Голынское, Снвка-Калушское, Домбровское поля и Пипло.
В геологическом строении Калуш-Голынского месторождения принимают участие породы Стебннкской серии (NiStb), Нижнебалнчскон (N,b[[) и Верхнебаличской (Njbh) свит, Богородчанский свиты (барановские слои), гипсо-ангидритовый горизонт, отложения Галпцкой серии (Njql) и четвертичные отложения.
Породы Стебникской серии (NiStb), подстилающие соленосную толщу, представлены пестроцветными серыми, зеленовато-серыми и красновато-бурыми рассланцоваными глинами с маломощными прослоями полимиктового песчаника либо алевролита. Мощность серии колеблется от 100 до 300 м.
В основании Нижнебаличской свиты (Nibh) залегает горизонт основного ангидрита, выше которого расположены соленосные глины, содержащие прослои галита, песчаника, ангидрита и пласты калийных солей. Присутствуют также включения брекчированных соленосных глин, алевролита, прослои глинистых песчаников, а также слабозасоленых карбонатных рассланцованых глин (мьгдлярки), мощность которых изменяется от (2+7) м до (20+30) м. Мощность Нижнебаличской свиты колеблется от - 300 м до" 600 м. Пластово-линзообразные рудные тела прослеживаются по простиранию (СЗ-ЮВ) от (200+300) м до (1000+1500) м, а по падению от (100+400) м до (800+1000) м. Отличаются неспокойным залеганием и переменной мощностью. Углы падения изменяются от (10+15) до (25+30), в отдельных случаях достигают (50+60), Мощность рудных залежей колеблется от (1.5+3.0) м до 50 м, обособленных линз - до 100 м (К-1, ЛК-Верхншї). В местах, где Нижнеоалическая свита залегает непосредственно под четвертичными отложениями, слагающие её породы подверглись избирательному выщелачиванию с образованием пород nmco-глинистой шляпы (коры выветривания), Гипсо-глинистую шляпу (ГГШ) обычно слагает серая, вязкая песчано-глинистая или глинистая порода с обломками песчаника, включениями гипса. Основание шляпы загипсовано, а на контакте с рудосодержащими породами, именуемом соляным зеркалом, присутствуют ненасыщенные рассолы. Мощность гипсо глинисто и шляпы колеблется от 6 м до 120 м.
Породы Верхнебаличской свиты (Nibb) перекрывают соленосную толщу. Они представлены пестроцветными, серыми, зеленовато-серыми и красновато-бурыми, часто рассланцоваными, известковистыми глинами, алевролитами, песчаниками и гравелитами. Вблизи кровли соленосных отложений надсолевые пестроцветные глины обычно солоноватые, содержат прожилки каменннон соли. Мощность пачки засоленых глин достигает (20+30) м, иногда - 50 м. Суммарная мощность пестроцветноп глинистой толщи изменяется от (10+15) м до (150+230) м.
Богородчанская свита (барановске слои) представлена мергелистыми глинами, реже мергелями, песчаниками и туффнтами. Мощность отложений Богородчанскои свиты составляет несколько метров, реже достигает десятков метров. Визуальное выделение её затруднительно, поэтому отдельной структурной единицей она выделена только на руднике Калуш.
На Северном сильвинитовом поле выше пород Верхнебаличской и Богородчанскои свит повсеместно залегает так называемый гипсо-ангидритовый горизонт, представленный монолитным голубым ангидритом, местами загипсованным, с включениями и прослоями серой рассланцованой глины. Мощность горизонта колеблется от (З-Ї-5) м до (22- 25) м. Залегает он с явным угловым несогласием на нижележащих породах. На других участках гипсово-ангидритовый горизонт не имеет распространения.
Стратиграфически выше гипсо-ангидритового горизонта залегают отложения Галицкой серии (Niql), представленные серыми и зеленовато-серыми, швестковистыми глинами с маломощными прослоями песчаников. Максимальная мощность отложений Галицкой серии до (180ч-220) м наблюдается в пределах
Северного сильвинитового участка. По направлению к центральному участку мощность Галицких глин постепенно уменьшается, а на Хотинском участке они развиты лишь на локальных площадях.
Разрез пород миоценового возраста перекрыт сплошным чехлом четвертичных образований (Q), которые в своей нижней части представлены песчано-гравийно-галечниковыми отложениями с супесчаным заполнителем (мощность (S-M0) м), а в верхней части - покровными суглинками с глинами мощностью до (3-5-12) м и слоем почвы толщиной (0,5-4,0) м. Четвертичные отложения залегают на галіщких глинах (Северное сильвиннтовое, Северное Каинитовое, частично Центральное поля), либо на пестроцветнон глинистой толще Верхнебаличской свиты (юго-восточная часть Центрального и Хотанского участков).
Технология вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения
Выбор способа подготовки калийных месторождений зависит от угла падения и размеров рудных залежей. Панельная подготовка обычно применяется для горизонтальных и слабонаклонных енльвинитовых залежей Верхнекамского и Старобинского месторождений, Эльзаса и Карлсбадского месторождения, применялась на руднике Голынь, отдельных полях рудника Калуш, предусмотрена проектом на руднике Пийло. Как уже указывалось выше, для отработки круто падающих пластов каинито-лангбейнитовых руд Стебникского месторождения и полого-наклонных пластов Калуш-Голынского применяется этажная подготовка. Эффективность последней существенно повышается с увеличением высоты этажа до (100-И20) м вместо (50-г-бО) м. Это подтверждает опыт отработки пласта Основной на СтКР-2 и пласта К-1 на руднике Ново-Голынь. Последний отработан вертикальными камерами повышенной этажности через одну. Отдельные участки полого-наклонных залежей Калуш-Голынского месторождения отработаны наклонными камерами повышенной этажности, причём наклонная длина отработанных камер достигала 300 м в пределах двух этажей.
Изучение накопленного практического опыта и исследование литературных источников позволили сделать вывод о необходимости перехода к восходящему порядку отработки калийных месторождений Предкарпатья [14, 15, 16], Обусловлено это прежде всего тем, что при восходящей отработке на дтштельный период обеспечивается сохранность водозащитного слоя (потолочины), поскольку запасы верхнего этажа отрабатываются в последнюю очередь. Создаются благоприятные условия для заполнения выработанного пространства отходами обогащения каииито-лангбеГшитовых руд без сооружения дорогостоящих гидроизоляционных перемычек. Закладка выработанного пространства не представляет опасности для работающих, поскольку подготовительные и очистные работы ведутся этажом выше. Одновременно с отработкой запасов осущетвляется ликвидация рудника. Использование в качестве закладочного материала отходов обогащения каинито-лангбепнитовых руд позволяет ликвидировать потенциально опасный способ их складирования на поверхности, исключить изъятие земель под солеотвалы и хвостохранилища, загрязнение окружающей среды. Гео механическое обоснование восходящей отработки месторождений приведено в главе 5,
Восходящую отработку месторождений следует производить - камерами повышенной этажности для сокращения числа действующігх откаточных горизонтов и, следовательно, количества загрузочных камер в стволе - дозаторных. Известно, что при восходящем способе отработки необходимо больше сооружать загрузочных устройств для скипов, подземных дробильных комплексов, опрокидывателей и т.д- Причем камеры загрузки скипов (дозаторные) необходимо сооружать в процессе проходки стволов. Кроме того, капитальные затраты на стоительство гораздо выше, чем при нисходящем порядке отработки месторождения, возрастает продолжительность строительства рудника, возможны потери руды ниже контура разработки по причине недостаточной разве данности. Схема вскрытия наклонными стволами при восходящей отработке запасов отличается большей эффективностью за счет отсутствия дозаторных камер на горизонтах, более высоких темпов проходки стволов, большей мобильностью при переходе на вышележащие горизонты ввиду отсутствия работ по монтажу новых дозаторных устройств, возможностью одновременной работы нескольких горизонтов на сборный конвейер наклонного ствола. Восходящий порядок отработки запасов крутопадающих залежей наиболее эффективно сочетается со схемой вскрытия вертикальными стволами, поскольку вскрытие наклонными стволами исключается, но допускается идея возможного вскрытия наклонными автомобильными съездами. Камеры на круто падающих пластах имеют форму вертикальных силосов, что создает благоприятные условия для самотечного выпуска руды и самотечной закладки их любым материалом - сухим породным или растворным. На сегодняшний день еще не утеряна возможность внедрения восходящего способа отработки нижних горизонтов Стебникского месторождения. Для этого необходимо между рудными полями СтКР-1 и СтКР-2 пройти ствол до нижней границы залежей (до глубины 1000-1200 м) и отработать в восходящем порядке оставшиеся запасы. Отработка запасов в восходящем порядке предусмотрена проектом на руднике Пийло., Несомненные преимущества восходящего способа отработки месторождений доказаны практически на рудниках цветной металлургии Австралии, Канады, России (Гайский рудник) [6 , 13].
Технология вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения. Схемы вскрытия многих рудников цветной металлургии отличаются наличием скважин специального назначения - для подачи закладочного материала, К примеру, на Тасеевском руднике твердеющая закладка подается в подземные выработки с поверхности по скважине длиной 126 м, обсаженной трубами с внутренним диаметром 280 мм [17, 18]. На руднике Оутокумпу (Финляндия) подача закладочного материала с поверхности осуществляется по скважинам глубиной (200- 250) мэ обсаженным трубами диаметром 150 мм, футерованным резиной. На рудниках Геко, Флин-Флон,
Эльдорадо (Канада) подача закладки осуществляется с поверхности по скважинам, обсаженым трубами. На Запорожском железо-рудном комбинате (ЗЖРК) закладочный материал подают по трубам диаметром 297, 219, 168 мм, проложенным в скважинах. По двум скважинам длиной 165 м обсаженным трубами диаметром 307 мм, подают в подземные выработки твердеющую закладку на Гайском руднике.
На угольных месторождениях скважины специального назначения используются в основном для проветривания шахт. Проходка их осуществляется методом бурения.
В практике разработки калийных месторождений вскрытие скважинами специального назначения не применялось. Такая необходимость возникла на СтКР-2 в связи с неудовлетворительным состоянием ствола Восточный, по которому был проложен трубопровод для подачи в рудник закладочного материала. Наружный диаметр трубопровода 377 мм, толщина стенки 12 мм.
Теоретическую основу схемы вскрытия калийных месторождений скважинами специального назначения составила концепция многослойной гидроизоляции водоносных горизонтов. В результате исследования накопленного практического опыта вскрытия рудных и угольных месторождений скважинами специального назначения, изучения опыта гидроизоляции геологоразведочных скважин на калийных и соляных рудниках было установлено, что надежность вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения должна быть обеспечена за счет гидроизоляции каждого водоносного горизонта при соблюдении следующих условий: ствол скважины должен быть заложен в зоне поднятия соляного зеркала; безводность налегающей толщи пород; отсутствие карстовых полостей и геологических нарушении; расстояние от конца скважины до действующих выработок должно быть не менее 30 м; тампонажные растворы должны обеспечивать высокую непроницаемость и сцепление с вмещающими породами.
Технологические схемы добычи
Более безопасным был вариант камерной системы разработки с плоской подсечкой и с проведением сбоек в междукамерпых целиках через каждые (15 20) м [52]. Передвижение людей осуществлялось в основном по нижнему слою смежной камеры, который отрабатывался предварительно на всю ее длину, и по сбойкам. Такой вариант камерной системы разработки применялся на рудниках Голынь, Калуш, Ново-Голынь до 1972 г. Однако от применения этой системы разработки отказались в связи с высокой трудоемкостью проходкн сбоек в междукамерных целиках, обусловленной ручной отгрузкой породы, а также в связи с необходимостью выемки нижнего слоя в смежной камере на всю длину. В связи с неоднократными вывалами руды в кровле нижнего слоя и обрушением руды верхнего слоя по напластованию размер подсечки был сокрашен до 10 м по длине камеры.
Полная безопасность работ в камере с плоским днищем достигается при доставке руды погрузочно-доставочными машинами, автосамосвалами или бульдозерами с дистанционным управлением [6]. Такая технология успешно применяется на многих рудниках США, Канады, ФРГ, Австралии, Швеции, Финляндии и др. Способ дистанционного управления без кабеля погрузочно-доставочными машинами с дизельным двигателем внедрен на руднике Комсомольский Норильского титано-магниевого комбината НТМК [53]. В условиях Калущ-Голынского калийного месторождения применение техники с дистанционным управлением на доставке руды в ближайшие годы не ожидается, поскольку не позволяет неровный профиль плоского днища (а порой выпукло-вогнутый) и высокий выход негабарита. Технология - добычи катптито-лангбейнитовых руд со скреперной доставкой по камерам отличается чрезвычайной гибкостью.
Вариант системы разработки с верхней подсечкой и креплением кровли анкерами не позволяет достичь полной безопасности, поскольку возможно обрушение пород со стенок камеры. На основе анализа технологических схем установлено, что оптимальным вариантом является система с верхней и нижней подсечкой при обработке стенок камеры канатными пилами и подрезке почвы врубмашиной (рудоуправление Артёмсоль) [54]. Такой вариант системы разработки с плоским днищем (галерейная система) допускает длительное пребывание людей и техники в открытом выработанном пространстве, обеспечивает высокую эффективность за счет применения комбайнов на выемке верхней подсечки, высокопроизводительной техники на бурении скважин, экс каваторов на погрузке руды, самоходных дробильных установок, телескопических конвейеров и самоходного погрузочно-доставочного оборудования — ПДМ, автосамосвалов МоАЗ и т.д., т_е. формируется циклично-поточная технология добычи- отличающаяся качественно новым уровнем эффективности (таблА)
Применение системы с траншейной подсечкой, по сравнению с существующей системой открытых камер с плоской подсечкой, обеспечивает более высокую производительность труда и безопасность работ. Максимальная производительность камер с траншейным днищем достигала 10 тыс.т в месяц, средняя составляет (5ч-6) тыс.т в месяц. Производительность выемочного участка при работе камер на сборный конвейер достигала 40 тыс.т в месяц. Однако отработка камерами с траншейным днищем отличается более высокими эксплуатационными потерями — в среднем на 10% выше, чем в камерах с плоским днищем. В зависимости от высоты отбойки /i/, ширины камеры А и буроподсечной выработки в эксплуатационные потери могут быть определены из формулы: Пэ=О,175(А-Ь)2 100/ЛНг %или Пэ=17,5(А-Ьр/АН, % (5)
Отбойку руды в камерах с траншейной подсечкой производят также наклонными слоями под углом 60 к плоскости днища с помощью вееров глубоких скважинных зарядов. Взрывание зарядов короткозамедленное со следующими параметрами: шаг отбойки (лис) 1,3 м ; интервал замедления (25-5-50) мс; удельный расход ВВ 0,23 кг/т (0,48 кг/м3), на 1 пог.м скважины — 0,6 кг; расстояние между концами скважин 1,8 м (1,6-2,2 м); выход руды с 1 пог,м скважины 2,5 т. Количество скважин и заряд определяется: путем графического построения по и размещения по сечению камеры.
На основании изучения процесса отбойки получены автором аналитические формулы для определения параметров — количества скважин, расхода ВВ, расстояния между концами скважин [55, 56, 57.]. Исходное условие — площадь забоя камеры должна равняться плошади условного веера в виде части круга с радиусом, равным средней длине скважин. При центральном расположении буровой выработки площадь реального веера приравнивается к 0,5 условного, а при боковом (у стенки камеры) — 0,25 условного веера.
Типовые технологические паспорта буровзрывных работ разработаны для нормальной высоты нижнего подэтажа от 8 м до 20 м (рнс.18.), среднего — (6-s-l 1) м, верхнего — (4-И 2) м. Нижний и верхний подэтажные веера имеют технологический наклон к плоскости днища (приемному горизонту) (5=60, средний подэтажнын веер — 90- Все
При мощности пласта более 20 м проводится верхняя буровая выработка, и выемка запасов производится двумя подэтажами. Разделка отрезной щели производится следующим образом: из верхней буровой выработки проходят горизонтальные заходки до границ камеры; из нижней буроподсечной выработки проходят наклонные заходки по бортам днища; сбоечно-буровой машиной СБМ-ЗУ или станком БГА-4 бурят скважину d =390 мм с последующим расширением сверху вниз до 800 мм, затем скважину расширяют взрыванием параллельных зарядов до сечения восстающего 2,5x2,5 м\ из которого уже разделывается щель шириной до 3 м по всему сечению камеры. Процесс разделки отрезной щели является наиболее трудоемким при очистной выемке руды камерами с траншейным днищем.
Для повышения эффективности системы разработки с траншейным днищем разработаны варианты с общей рассечкой, которые позволяют снизить трудозатраты на разделку отрезной щели [58, 59, 60.]. В качестве последней используются для соосно расположенных камер технологическое пространство камеры верхнего этажа, для перекрестно расположенных камер—специально отрабатываемая по простиранию или восстанию камера (рис.21).
Безотрезная отработка вторичных камер из технологического пространства первичных камер при соосной или перекрестной ориентации позволяет повысить производительность вторичной камеры в (1,5-5-2) раза, коэффициент стабильности в 2 раза [58], извлечение руды на 10%. Экономический эффект по участку составляет 0,2 руб на 1 т.
В условиях рудника Ново-Голынь отработано несколько камер с плоским днищем и веерно-скважинной отбойкой руды Вызвано это было необходимостью сократить до минимума опережение нижнего слоя, чтобы предотвратить возможное обрушение руды верхнего слоя по напластованию.
Формирование устойчивых геомеханических систем
На калийных предприятиях Верхней Камы и Солигорска отходы обогащения руд размещают в отвалах и хвостохранилищах гидравлическим способом, влажные отходы транспортируют конвейерным способом и размещают реактивными метателями, формируя высотные (до 100 м) солеотвалы.
На опыте работы калийных, железорудных и других горных предприятий доказана полная несостоятельность способа складирования отходов переработки руд на поверхности: хвостохранилища и отвалы, которых на Украине насчитывается более 2000, представляют постоянную угрозу для окружающей среды. Прорыв дамбы хвостохранилища на СтКЗ в 1983 г, по величине нанесенного ущерба народному хозяйству и геологической среде приравнивается к национально]! катастрофе. Хвостохранилище площадью до 65 га содержало до 7 млн.м рассолоотходов. Из него вследствие прорыва дамбы в окружающую среду попало 5 млн.м3 сточных вод с минерализацией 250 г/дм . У дамбы Пово-Дностровского водохранилища (г. Николаев) отложилось до 1 млн.м солей. В результате аварии погибло около 920 т товарной рыбы и 1300 т мальков [79]. Последствием её было засоление подземных вод в районе сел Раневичн, Пагаевичи, Михаилевичи, расположенных на северо-восток от города Дрогобича. Засоление грунтов и поверхностных вод наблюдается в районе хвостохранилиш, солеотвалоз на всех калийных предприятиях СНГ. Все это, а также наличие незаполненных подземных пустот в количестве до 40 млн.м1 на калийных рудниках Прикарпатья, послужило весомым аргументом в пользу размещения отходов калийного производства в выработанном пространстве.
Гидравлическая закладка выработанного пространства галитовыми отходами переработки руд применяется на калийных рудниках Германии [80], Солигорска, Верхней Камы [52]. Закладка выработанного пространства глинисто-солевыми шламами впервые была применена на Центральном поле рудника Калуш [1], в настоящее время применяется на Березниковском калийном руднике № 1 [81] и Соликамском калийном руднике №2 [82], Конвейерным транспортом доставляются карналлитовые отходы влажностью (6- -8)% и крупностью до 20 мм на калийных рудниках Березников и Соликамска, закладочный массив в камерах возводится скреперными установками, роторными метателями. К высокопроизводительной относится схема возведения закладочного массива с помощью погрузочно-доставочных машин и самоходных вагонов. Добыча отходов обогащения енльвинитовых руд из техногенных массивов (хвостохранилиш и солеотвалов) осуществляется на Верхнекамском месторождении [33] Исслелования конвейерного способа транспортировки на Стебниковском калийном руднике №2 (СтКР-2) показали, что галитовые отходы обогащения влажностью более (14- 16)% невозможно доставлять ленточными конвейерами из-за налипания ,на ленту- Вместе стем установлено, что закладочный материал с содержанием влаги (10 -14)% хорошо растекается по камере [84], превращаясь в монолитный массив. Основная причина неудовлетворительной работы мощного закладочного конвейерного комплекса на СтКР-2 состояла в том, что барабанные фильтры не позволяли получить отходы влажностью до 10%, которая была предусмотрена регламентом. За весь период эксплуатации закладочного комплекса в выработанпом пространстве (камере №26) было размещено до 100 тыс.т галитовых отходов обогащения. Поскольку закладочный материал быстро схватывался, ограждающие перемычки достаточно было возвести в концах скреперного орга (всего 2 шт.), а не в каждой выпускной нише.
Дія транспортировки отходов повышенной влажности более (14-И 5)% необходимо было предусмотреть установку скребковых конвейеров, элеваторов или пневмо-гидравлического оборудования, Пневмо-гидравлический транспорт применяется успешно для подачи плотных (литых) твердеющих смесей влажностью не менее 30% [6, 82]. Пневмогидравлический способ был рекомендован автором в 1971 г. для подачи глинисто-солевых шламов в выработанное пространство пласта Зигмунт на СтКР-1. Размещение галитовых отходов и глинисто-солевых шламов в выработанном пространстве позволило бы избежать прорыва дамбы хвостохранилиша на поверхности.
Закладка выработанного пространства рудника Ново-Голынь галитовыми отходами обогащения была предусмотрена в рекомендациях автора 1966 г. и в проекте института ВНИПИСера. Отработанных пустот было достаточно для размещения всех отходов переработки руды, поступающей с рудника Ново-Голынь и Домбровского карьера. Складирование отходов и шламов на поверхности привело к загрязнению геологической среды на многие сотни лет.
Выработанное пространство заполняется полностью на рудниках цветной металлургии твердеюшей закладкой. При разработке рудных и угольных месторождений сплошной системой интенсивность закладочных работ значительно ниже интенсивности очистных работ, поэтому закладка не поспевает за очистным забоем. Абсолютная полнота закладки выработанного пространства на калийных рудниках трудно достижима, но создание устойчивых геомеханических систем возможно при возведении комбинированных барьерных полос из рудных целиков и самотвердеющей (из отходов обогащения) или твердеющей закладки. Для возведения закладочных барьерных полос можно использовать твердеющие смеси [86+88], полученные на основе заполнителя из галитовых отходов обогащения с добавками магнезиального цемента и каустического магнезита (1+2)%, негашёной извести 2,5% и бищофпта 1%; некондиционных руд 5% или пустых пород. Опорные массивы твердеющей закладки можно возводить из зологалнта — смеси галитовых отходов обогащения и тонкомолотой золы Бурштынскон ГРЭС или Калушской ТЭЦ в количестве 5%, Использование в качестве добавок отходов Раздольского горно -SJ химического комбината [89] невозможно в связи с тем, что они выделяют ядовитый газ сероводород. Технология получения твердеющей закладки из двух — и трёхкомпонентных смесей лри конвейерном способе транспортирования представлена на рис.31,
