Технология разработки м/р ПИ

        Водоупорные  породы соленосной толщи, подстилающие  породы ГМТ , представлены переслаивающими  пачками каменной соли и карбонатно-глинистых  пород . В пределах шахтных полей  и на примыкающих площадях  они безводны и водоупорны.

Падение пластов преимущественно северо-восточное, угол падения моноклинали 1-3°. На отдельных локальных участках углы падения и воздымания достигают 6-7° и возможно приурочены к малоамплитудным нарушениям в подсолевых отложениях. Значительное усложнение гипсометрического залегания продуктивных пластов имеет место в притектонической зоне Северного сброса, где углы воздымания превышают 24° без существенного изменения в строении и качественном составе сильвинитовых слоев. Горизонты калийных солей достаточно изучены, запасы утверждены в ГКЗ  и ЦКЗ  в разные годы по промышленным категориям.

Пласт второго калийного горизонта (гор.-420 м) состоит из верхнего и нижнего сильвинитовых слоев и межпластовой каменной соли. Средняя мощность пласта по шахтному полю составляет 2,67 метра, среднее содержание КС1-26, 95 %,нерастворимого в воде остатка - 6,67 %.Неравномерно по всему горизонту встречаются площади пониженного содержания КСl - зоны замещения. Они имеют различные размеры (от 2-3 до 200-250 м) и изометрические очертания в плане, характеризуются частичным или полным замещением пластов сильвинита каменной солью. Обычно в таких зонах руда бывает некондиционной (содержание КСl менее 16 %) и выемке не подлежит. Оконтуривание зон замещения вызывает определенные трудности в прогнозировании качества полезного ископаемого при существующей плотности горных выработок и разведочных скважин.

Пласт III калийного горизонта (гор.-620 м) состоит из 4-х сильвинитовых слоев и заключенных между ними слоев каменной соли. Первый и четвертый сильвинитовые слои не по всей площади горизонта включены в подсчет запасов, т.к. по отдельным разведочным скважинам не соответствуют утвержденным кондициям. Таким образом, суммарная мощность продуктивного пласта колеблется от 2.18 м до 5,93 м. Среднее содержание KCl по горизонту, утв. в ГКЗ СССР составляет 26,83 %, нерастворимого в воде остатка – 6, 64 %. Неравномерно, по всей площади третьего калийного горизонта встречаются воронкообразные прогибы слоев, т.н. "мульды погружения". Эти геологические аномалии являются аккумуляторами газов под большим давлением и тем самым создают опасность газодинамических выбросов и недопустимую концентрацию горючих газов в выработках при эксплуатации горизонта.

  Кроме этого имеют  место: обрушения пород кровли, сопровождающихся  газовыделениями; отжимы призабойной  части пород сопровождающегося звуковым эффектами, иногда разрушением и выносом разрушенной породы в горную выработку.

  Вмещающие породы  и разрабатываемые пласты обоих  горизонтов содержат в микровключенном  и свободном виде природные  газы, в состав которых входят: метан, тяжелые углеводороды, водород  и др. Скопление свободных газов  встречается в двух формах: приконтактные (прикоржевые) и гнездовые (очаговые), давление газа в очаговых скоплениях  достигает 9 МПа. Распределение газов, их количественный и качественный состав в пределах выемочных полей, пластов, участков крайне неравномерны и носят локальный характер. Газоносность пород по горючим газам колеблется от 0 до 0,3-0,4 мЗ. При вскрытии гнездовых скоплений газов шпурами, горными выработками и т.д. возможны внезапные выделения газа, в т.ч. и выбросы соли. Скопления газа возможны также в зонах обрушения и в отработанном пространстве. Поэтому пласты калийных горизонтов отнесены (в установленном порядке) к числу опасных по горючим газам.

    На обоих горизонтах  на площадях, приуроченных к выемке  продуктивного пласта длинными  очистными столбами, как правило, ожидается приток отжимных седиментационных  рассолов высокой плотности

       Рассолопроявления  при разработке калийных залежей  на руднике наблюдаются в подземных  горных выработках. Они связаны  с отжатием защемленных остатков  поровых растворов из карбонатно-глинистых  пород соленосной толщи. Дебиты  подземных восстающих скважин, вскрывших  карбонатно-глинистую пачку над  вторым калийным горизонтом на  полную мощность, составляют 0.5-1 л/сут.

Минерализация рассолов 430-520 г/л, По преобладающим компонентам они хлоридно-кальциево-магниевые и относятся к метаморфизованным седиментационным водам, сохранившимся в пористом коллекторе глинистых пород соленосной толщи.

По II калийному горизонту притоки рассолов достигают значительных объемов (до 5 м3 /сутки по отдельным режимным пунктам наблюдения), что требует дополнительных затрат для отвода и захоронения избыточных вод.

По III калийному горизонту приток рассолов незначителен (до 0.1м3/сутки) и не препятствует технологическому процессу.

 

2. Обоснование и выбор технологической схемы столбовой системы разработки, её параметров и основного оборудования очистного комплекса

 

Проектом предусмотрено применение технологической схемы 1 класса - валовая выемка пласта второго калийного горизонта с полным обрушением кровли.  Данный вариант столбовой  системы, имеет ряд преимуществ над камерной системой, а именно:

- более высокая производительность  механизированных комплексов и  уменьшение потерь полезного  ископаемого;

-  минимальное количество  подготовительных выработок.

Технология выемки:

Данным проектом принята технологическая схема валовой выемки верхнего и нижнего сильвинитовых слоев. Способ управления кровлей – полное обрушение.

Отработка столба лавой ведется обратным порядком с отгрузкой руды на главное северное направление.

Основные параметры:

1) длина лавы (на участке  от монтажного штрека до дополнительного  монтажного штрека)                                                                                214,5 м;

2) длина лавы на этапе  удлинения (на участке от дополнительного  монтажного штрека до этапа  укорачивания)                                                                           242,0 м;

3) длина лавы на этапе  укорачивания  до остановки лавы  на демонтаж     204,0 м;

4) длина очистного столба  лавы                                                                      120 м;

5) средняя вынимаемая  мощность                                                                    2,1 м.

 Способ подготовки проектируемого участка:

Способ подготовки столба - панельный. Подготовка 24 западного столба произведена комбайном ПКС-8 в комплексе с бункером-перегружателем БП-14М  и самоходным вагоном 5ВС-15М прямым порядком по отношению к выработкам Главного северного направления.  

24 западный столб подготовлен  следующими горными выработками: конвейерный штрек лавы, транспортный  штрек лавы, вентиляционный штрек  лавы, технологические сбойки №№1-9 в поле лавы.

Параметры основных подготовительных выработок лавы:

-ширина конвейерного  штрека лавы - 4,0 м  (4,5 м - на участке от монтажного штрека до поворота столба лавы);

-ширина транспортного  штрека лавы – 3,0 м;

-ширина вентиляционного  штрека лавы - 3,0 м;

-ширина технологических  сбоек - 3,0 м.

Поддержание горных выработок в безопасном состоянии в процессе очистной выемки обеспечивается:

1. креплением конвейерного штрека лавы, сопряжений;
2. не менее чем на длину протяженности зоны временного опорного давления до подхода забоя лавы производится посадка кровли транспортного штрека лавы на высоту не менее 0,8м.

Протяженность зоны временного опорного давления:

L=-38,6 + 0,29H – 0,000079H2= -38,6+0,29·480-0,000079·4802=82,4 м,

где Н – глубина разработки, м, Н=480м.

Выбор оборудования:

 Для механизации процессов  валовой выемки сильвинита предусматривается  применение механизированного комплекса  с забойными секциями крепи  К6, Fazos-12/28, секциями крепи сопряжения КС-19/34, комбайном SL-500.

В состав комплекса входят:

- комбайн  SL-500                                                                        - 1 шт.

- забойный скребковый  конвейер СПЗ-1-228                            - 1 шт.

- штрековый конвейер СПШ-1-228                                            - 2 шт.

- механизированная крепь  К6                                                   - 21 шт.

- механизированная крепь  Fazos 12/28                                   -101 шт.

- крепь сопряжения КС-19/34                                                     - 3 шт.

3. Расчёт механизированной крепи

Конструктивная высота забойной крепи должна удовлетворять условию:

Нmin ≤ mmin × (1 – a × lз) – b – tn,

 

Нmax ≥ mmax × (1 – a × ln),

где  mmin и mmax – минимальная и максимальная вынимаемая мощность пласта (слоя) в пределах выемочного столба, мм;

ln и lз – расстояние от забоя до оси передней и задней стойки секции (комплекта) крепи, замеряемое по почве лавы или основанию крепи, м;

a – коэффициент опускания  кровли, 1/м – принимаемый по  результатам специальный исследований  на Старобинском месторождении  – 0,015;

b – запас на разгрузку  крепи от горного давления, принимаемый  для пластов (слоев) мощностью 1,5м  и более – 50мм;

tn – суммарная толщина породной подушки под основанием и на перекрытии секции (комплекта) крепи, для пластов (слоев) 1,5м и более – 45мм.

Конструктивная высота крепи на сопряжении валовой лавы со  вспомогательным вентиляционным штрекам  должна удовлетворять условиям:

Нmin ≤ hmin × (1 – a × lз) – b – tn,

 

Нmax ≥ hmax × (1 – a × ln),

где   Hmin., Hmax – минимальная и максимальная конструктивная высота крепи сопряжения, мм;

hmin., hmax – минимальная и максимальная высота штрека, мм (величина hmax принимается равной высоте штрека после его проходки); hmin. принимаем равной 2100 мм;

α – коэффициент опускания кровли, м-1; α = 0,008 м-1 (средний по результатам измерений);

tп  – суммарная толщина  породной  подушки  под основанием крепи сопряжения, мм,  tп = 75 мм.

Расчет для крепи К6:

Нmin  ≤ 1,89×(1-0,015×4,4)-0,05-0,045

1,34 м ≤ 1,67 м - условие выполняется;

Нmax ≥ 2,1×(1-0,015×4,4)

2,93м ≥ 1,96 м  - условие  выполняется.

Расчет для крепи Fazos-12/28:

Нmin  ≤ 1,89×(1-0,015×3,2)-0,05-0,045

1,2м ≤ 1,7 м - условие выполняется;

Нmax ≥ 2,1×(1-0,015×3,2)

2,8м ≥ 2 м  - условие выполняется.

Расчет для крепи сопряжения КС-19/34:

Нmin  ≤  2,6×(1-0,008×4,7)-0,05-0,075

1,9 м ≤ 2,4 м - условие выполняется;

Нmax ≥ 3,0×(1-0,008×4,7)

3,4 м ≥ 2,9 м - условие выполняется.

Расчет несущей способности забойной крепи производится по формуле:

qc = Qc×n×Кн / Bз×S,

где   Qс – рабочее сопротивление стойки секции крепи, кН;

n – количество стоек в секции (комплекте), шт;

Кн – безразмерный коэффициент, учитывающий угол наклона стоек крепи в зависимости от вынимаемой мощности пластаж;

Bз – ширина призабойного пространства (расстояние от груди забоя до завального конца верхняка крепи), м – берется после снятия комбайном полосы полезного ископаемого при задвинутых к конвейеру секциях крепи;

S – шаг установки секций (комплектов) крепи в лаве, м.

Несущую способность крепи  сопряжений  для  лав, отрабатывающих  пласты на Втором калийном горизонте,  рассчитывается по формуле:

qc = Qc×N / bштр×lуст ,

где bштр. – ширина части кровли штрека, поддерживаемой крепью сопряжения, м принимается равной:

- для бортовых штреков  с привязкой кровли  к кровле  лавы или ниже кровли лавы  с последующим оформлением кровли  на концевой части лавы до  уровня кровли штрека – ширине  штрека минус 1,5 м;

- для бортовых и центрального  вентиляционного штреков с привязкой  кровли выше кровли лавы –  ширине перекрытия крепи;

- для центрального вентиляционного  штрека с привязкой кровли  к кровле лавы или ниже кровли  лавы – ширине штрека.

lпер – длина перекрытия крепи с учетом выдвижных и поджимных элементов, м;

а – ширина перекрытия, м.

Несущая способность крепи (qc) в лаве  и крепи сопряжения должна быть не ниже удельной нагрузки от горного давления(q)( qк – удельная нагрузка на крепь от горного давления при ширине призабойного пространства Вз >4,2 м):

qс ≥ q(qк);

Значение удельной нагрузки от горного давления (q) для механизированных крепей и крепей сопряжения при валовой выемке пласта Второго калийного горизонта должно приниматься – 300 кН/м2.

,кН/м2,

где К- размерность коэффициент м4/кН, принимаемый по результатам специальных исследований на Старобинском месторождении, К=0,0225 м4/кН.

Расчет для крепи К6:

qс = 1507×2×0,901/ (4,25×2,0) = 320 кН/м2

кН/м2

320≥ 303кН/м2  -  условие выполняется.

Расчет для крепи Fazos 12/28:

qс = 1500×2×0,901/ (4,25×2,0) = 318 кН/м2

кН/м2

318≥ 303 кН/м2  -  условие выполняется.

Расчет для крепи сопряжения КС-19/34 на конвейерном штреке лавы шириной 4,5 м:

qс = 2600×2/ (3,5×3,702) = 401,3 кН,

401,3≥ 250 кН/м2 - условие выполняется.

Расчет для крепи сопряжения КС-19/34 на вентиляционном штреке лавы шириной 3,0м:

qс = 1500×2/ (1,726×3,702) = 470,0 кН,

470≥ 250 кН/м2 - условие выполняется.

 

4. Расчёт достаточности водозащитной толщи пород для безопасной отработки пласта

Минимальная мощность водозащитной толщи на рассматриваемом участке шахтного поля над кровлей пласта 2-го калийного горизонта (согласно графическим  приложениям  к "Указаниям по защите рудников от затопления…, 1994 год)":

Нв =270м

Минимальная мощность предохранительной водозащитной потолочины (согласно дополнению  к "Указаниям по защите рудников от затопления…", утв.23.06.2006): [M] =35 м

Таблица 1 Исходные данные для расчета гор.-420 м Слой IV cлой II и III Вынимаемая мощность, м 2,1 1,2 2,0 Система разработки столбовая столбовая столбовая Степень извлечения рудной массы (для кам. сист.) 1 1 1 Глубина ведения горных работ, м 455 643 646 Расстояние по нормали до 2-го горизонта, м   188 191 Длина лавы (с учетом бортовых штреков), м 204 192 160 Ширина межлавного целика, м 5 95 126 Расстояние между границами остановки горных работ (относительно самого верхнего горизонта), м 0 0 0 Угол между пластом и плоскостью сместителя тектонического нарушения, градусы нет нет нет

Расчет приведенной вынимаемой мощности для 2-го калийного горизонта:

от ведения горных работ на 2-м калийном горизонте:  Мпр1 = m = 2,1 м; от ведения  горных работ по IV слою 3-го калийного горизонта: Мпр2 = m*D/(D+B) = 0,8 м;