Полный текст

Введение Находящееся в эксплуатации более 50 лет Старобинское месторождение калийных солей (Беларусь) имеет благоприятные горно-геологические условия разработки, это обусловило применение столбовой системы разработки длинными очистными забоями с полным обрушением кровли. C увеличением глубины ведения горных работ для поддержания в безопасном состоянии подготовительных выработок лав, проводимых без сплошного крепления, приходится оставлять охранные межстолбовые целики всё бóльших размеров. Отработка выемочных столбов с увеличенными охранными целиками ведет, в свою очередь, к высоким (до 50 %) потерям полезного ископаемого в недрах. В современных условиях, когда запасы самых первых введенных в эксплуатацию рудников ОАО «Беларуськалий» заканчиваются, перед производственниками очень остро стоит вопрос о пополнении рудной базы в целях продления срока службы горных предприятий. Одним из путей решения данного вопроса является отработка оставленных в недрах охранных целиков, в которых, по разным оценкам, может содержаться до 40 % балансовых запасов горного предприятия. В связи с этим обоснование возможности безопасного извлечения целиков является весьма актуальной задачей. Одной из существенных проблем, связанных с извлечением охранных ленточных целиков шириной 30-70 м, является проходка и поддержание подготовительных выработок на границе с выработанным пространством. Фактически эта проблема рассматривается и решается в так называемых бесцеликовых технологиях выемки пластовых полезных ископаемых [1-3]. Большой опыт применения бесцеликовых технологических схем имеется на угольных месторождениях, где в зависимости от условий поддержания выработок в непосредственной близости от выработанного пространства бесцеликовые способы охраны выработок условно делятся на три основные группы: I группа - способы охраны выработок, поддерживаемых на границе с выработанным пространством для их повторного использования с помощью костров, органных рядов, кустов стоек, железобетонных тумб и других искусственных ограждений; II группа - способы охраны выработок, проводимых вприсечку к выработанному пространству (с оставлением межстолбового целика 3-5 м или без него); III группа - способы охраны выработок, проводимых, оформляемых или восстанавливаемых в выработанном пространстве для повторного использования [4]. В настоящей статье рассматривается возможность повторного использования ранее проведенных (20 и более лет назад) и отслуживших свой срок подготовительных выработок разного назначения после выполнения в них ремонтно-восстановительных работ. Методика проведения исследований В основу методики проведения исследований положены шахтные наблюдения за характером деформирования контура горных выработок, эксплуатирующихся в тех или иных горнотехнических условиях. Под наблюдениями подразумеваются периодические измерения конвергенции контура горных выработок (участков выработок) с последующей математической обработкой полученных данных. На рис. 1 приведена выкопировка из плана горных работ гор. -620 м рудника 3 РУ ОАО «Беларуськалий» с местами проведения исследований (рис. 1, а) с указанием положения замерных станций по изучению вышеназванных проявлений горного давления. На рис. 1, б показаны сечения восстанавливаемых подготовительных выработок с привязкой их кровли относительно а также некоторые другие горнотехнические условия ведения работ. Замеры конвергенции кровля - почва и сближение боков исследовательских выработок выполнялись на станциях, установленных в соответствии с принципиальной схемой, приведенной на рис. 2. Наблюдательные станции были оборудованы на базе заглубленных контурных реперов с использованием индикаторной стойки СУИ-3 и лазерной рулетки Leica DISTO D5. Точность измерений в первом случае составляла ±0,5 мм, во втором - ±1,5 мм. База измерений в обоих случаях составляла 3,0 м. Станции на исследуемых участках восстановленных выработок были установлены через 7-10 сут после их проведения (ремонта). В исследовательских выработках было установлено 10 замерных станций (профилей). Расстояние между станциями в основном составляло 5-10 м. Как видно из рис. 1, а, на исследуемых участках выработок были установлены станции под номерами 73; 74; 75; 76; 77 (в разгружающей выработке лавы № 35) и 86; 87; 88; 89; 90 (в 24-м западном панельном вентиляционном штреке). Обе выработки имели различную привязку кровли относительно пласта, а также различные условия проведения и поддержания. Первая (см. рис. 1, б) была восстановлена в охранном межстолбовом целике (поз. 5), вторая - в надработанном пространстве лавы верхнего слоя № 35 (поз. 1) (в ее кутковой зоне). Основные положения методики обработки данных шахтных замеров заключались в следующем: критерием устойчивости выработок, проводимых без сплошного крепления (что характерно для рудников ОАО «Беларуськалий»), была принята величина деформации, при которой происходит разрушение одного из элементов контура выработки (кровли или боков) в результате воздействия на этот элемент горного давления. В связи с этим следует заметить, что в основе прогноза устойчивости выработок для условий Старобинского месторождения калийных солей лежит типизация пород кровли, учитывающая строение и механические свойства пород, заключенных в двухметровой толще над выработкой [5]. В соответствии с данной методикой для каждой из исследуемых выработок были определены предельные (критические) деформации контура (прежде всего кровли), которые в дальнейшем послужили критерием оценки их устойчивости. Используя результаты исследований по каждой отдельно взятой станции, строили график изменения исследуемых параметров (конвергенции кровля - почва и смещения боков) во времени. Данные графики позволяли оценить характер деформирования выработки в зависимости от ее расположения относительно пласта и в плане на экспериментальном участке, таким образом определялось, где и в какой момент выработка начнет разрушаться в первую очередь, а также устанавливался срок ее безремонтного поддержания. Исследование возможности повторного использования ранее пройденных выработок после выполнения в них ремонтно-восстановительных работ Речь пойдет о повторном использовании ранее пройденных выработок, в нашем случае выработок, которые отслужили свой срок эксплуатации 25-30 лет назад при работе лавы № 35 по верхнему слою и лавы № 19 по нижним слоям (см. рис. 1). Спустя столько лет активная и полная стадии процессов сдвижения налегающей толщи пород над этими лавами были завершены [5]. Выкопировка из плана горных работ этого участка показывает, что при положительном решении поставленного вопроса восстановленные выработки можно будет использовать как минимум для выемки оставленных и списанных запасов в охранных междустолбовых целиках. Первая попытка повторного использования ранее пройденных выработок 22-24-й западных панелей была предпринята в разгружающей выработке лавы № 35 по верхнему слою, данная выработка с одной стороны через трехметровый целик примыкает к выработанному пространству собственной лавы, с другой стороны у нее находится охранный межстолбовой целик размером 50 м. Спустя более 25 лет после ее использования при работе лавы № 35 разгружающая выработка к моменту вскрытия была практически полностью «запечатана» разрушенными породами, которые по своей крепости при выемке их комбайном почти не отличались от пород нетронутого массива. Оборка «обрушенных» пород по контуру выработки выполнялась комбайном 4ПП-2С. Однако данные работы совпали с предстоящей и незапланированной остановкой работ на руднике, а значит, были ограничены во времени. Исходя из этого бока и кровля выработки на большей ее части не были обобраны до ненарушенных пород. После проведения ремонтно-восстановительных работ в разгружающей выработке встал вопрос о креплении ее контура. Для расчета крепления были использованы показания замерных станций. После выполнения всех расчетов и составления паспорта крепления выработка была закреплена: козырьки анкерами КАЗ - 1,2 м с шагом 0,8 м; кровля анкерами КАМВ - 1,5 м с шагом 1,0 м, причем для предотвращения высыпания разрушенной породы анкера в кровле устанавливались «под доску». На рис. 3 в виде графиков приведен характер деформирования контура разгружающей выработки лавы № 35 на участке ремонтно-восстановительных работ через 170 сут после ремонта. Как видим, на отдельных станциях прогиб кровли приблизился к критическим значениям (120 мм). Это был первый опыт выполнения ремонтно-восстановительных работ в погашенной горными работами выработке, а также оценки возможности выполнения таких работ и безопасного использования выработки после ремонта. Спустя 380 сут после ее ремонта выработка находилась в доста-точно удовлетворительном состоянии (рис. 4). С учетом полученного опыта было принято решение о проведении аналогичных работ и в 24-м западном панельном вентиляционном штреке, который располагался в зоне разгрузки (кутковой зоне) под отработанным лавой № 35 пространством по верхнему слою (см. рис. 1, б). В стадии доработки панели данный штрек был засыпан пустой породой от проходки полевых выработок. Оборка разрушенных боков и кровли штрека, а также подбор заскладированных пород выполнялись с помощью комбайна 4ПП-2С. Общая длина обобранного участка составила 32 м. Состояние восстановленного участка штрека показано на рис. 5, а. Учитывая форму выработки, напоминающую треугольник, было принято решение крепление не производить. На рис. 5, б показано состояние штрека, где ремонт не выполнялся, в таком виде сохранилась выработка спустя 25 лет после ее погашения. Как видно из последнего рисунка, основные разрушения отмечаются в боку штрека со стороны целика погашения) (с левой стороны), а не со стороны «массива». Состояние кровли, как на момент исследований, так и в настоящее время, является удовлетворительным. Правый бок деформирован на глубину 0,4-0,5 м. При необходимости вентиляционный штрек на этих участках также можно отремонтировать и использовать повторно при подготовке панели для выемки оставленных запасов. На участке, где выполнен ремонт контура штрека, были установлены замерные станции (см. рис. 1, а). Всего было установлено пять замерных профилей для измерения конвергенции кровля - почва и схождения боков выработки. По результатам проведенных замеров были построены графики, характеризующие деформирование контура 24-го западного панельного вентиляционного штрека на участке ремонтно-восстановительных работ через 170 сут после ремонта (рис. 6). Из графиков видно, что накопленные деформации еще далеки от критических значений (105 мм) для данных условий.Прогнозные расчеты срока службы обеих выработок после ремонтно-восстановительных работ, с учетом средней скорости деформирования, а также фактических смещений за весь период наблюдения 170 сут, приведены в таблице. Сравнительный анализ графиков, приведенных на рис. 3 и 6, а также данных таблицы позволяет обосновать принципиальную возможность повторного исполь- Сводные данные о характере деформирования восстановленных выработок на 22-й и 24-й западных панелях рудника 3 РУ гор. -620 м Номер станции Конвергенция, мм Время наблюдений, сут Оставшееся время службы по эмпирической зависимости, сут (лет) Предельно допустимые значения конвергенции, мм Разгружающая выработка лавы № 35 73 60,0 170 179 (0,5) 120,0 74 64,0 170 153 (0,41) 120,0 75 105,0 170 26 120,0 76 101,0 170 29 120,0 77 40,0 170 379 (1,03) 120,0 24-й панельный вентиляционный штрек 86 13 170 1329 (3,6) 105 87 14 170 1386 (3,8) 105 88 12 170 1397 (3,8) 105 89 10 170 1870 (5,1) 105 зования подготовительных выработок лав, отработавших свои запасы 20 и более лет назад. Наибольшее предпочтение для повторного использования следует отдавать выработкам, пройденным в зонах разгрузки (кутковых зонах) под выработанным пространством лав верхнего слоя (24-й западный панельный вентиляционный штрек), срок службы которых после ремонтно-восстановительных работ может достигать 3,5 и более лет (что вполне приемлемо для отработки запасов выемочного столба, участка). Срок службы повторно используемых вблизи от границы с выработанным пространством выработок (разгружающий штрек лавы № 35) существенно меньше и составляет от 6 мес до 1 года. Тем не менее в случае необходимости использования таких выработок в технологическом процессе выемки и транспортировки полезного ископаемого для увеличения срока их безремонтной эксплуатации следует применять соответствующие меры охраны, например компенсационные щели по контуру выработки [5], повышение несущей способности разрушенных пород путем применения упрочняющих саморасширяющихся составов [6], позволяющих увеличить срок службы выработок в 2,0-2,5 раза, либо применение новых видов анкерных крепей и крепежных систем с повышенной не-сущей способностью и податливостью [7-10]. Заключение Полученные на руднике 3 РУ ОАО «Беларуськалий» результаты шахтных исследований и экспериментов позволяют обосновать возможность повторного использования подготовительных горных выработок на очистных участках, отобранных лавами 20 и более назад. Возможность безопасного поддержания повторно используемых после ремонта горных выработок открывает перспективу извлечения оставленных в недрах неизвлеченных балансовых запасов полезного ископаемого, что, в свою очередь, позволит существенно продлить срок службы горных предприятий

Об авторах

Андрей Леонидович Поляков

Автор, ответственный за переписку.
Email: ontiipr@tut.by
223710, г. Солигорск, ул. Козлова, 69

кандидат технических наук, начальник горного отдела ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством

Дмитрий Александрович Пузанов

Email: ontiipr@tut.by
223710, г. Солигорск, ул. Козлова, 69

инженер горного отдела ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством»

Максим Сергеевич Мозговенко

Email: ontiipr@tut.by
223710, г. Солигорск, ул. Козлова, 69

магистр технических наук, младший научный сотрудник горного отдела ЗАО «Солигорский институт проблем ресурсосбережения с опытным производством»

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 167

PDF (Russian) - 40

Ссылки

• Ссылки не определены.