Обоснование технологических схем подготовки и отработки калийных пластов на участках шахтных полей с ограниченными размерами

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:

1. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на параметры технологических схем отработки Третьего калийного пласта на участках с ограниченными размерами.

2. 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.

3. Исследование влияния очистных работ на процесс деформирования целиков, оставляемых для охраны повторно используемых выработок.

4. Исследование влияния горнотехнических факторов на процесс деформирования породных полос, возводимых в выработанном пространстве.

5. Разработка патентоспособных технологических схем выемки калийных пластов на участках с ограниченными размерами.

Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод, включающий: анализ и обобщение данных, опубликованных в горнотехнической литературешахтные инструментальные исследования процессов деформирования и разрушения краевой части соляного массива и породных полос, возведенных в выработанном пространствеаналитические исследования зон с повышенной интенсивностью трещин, возникающих в окрестностях подготовительных выработокобработку полученных результатов с использованием методов математической статистики.

Научная повита:

• 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:

1. 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.

2. 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 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 пространстваустановлен 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 наблюденийэкспертной оценкой основных выводов специалистами РУП «ПО «Беларуськалий" — использованием современных апробированных методов исследованийзначительным 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., 2005 г., 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.

5.5. Выводы по главе.

Исходя из результатов технико-экономической оценки отметим, что рекомендуемые технологические схемы позволят:

1. обеспечить более знеачительную прибыль от использования добытых запасов, чем применяемые. Эффект от использования запасов составит 3 180 000 руб. / млн т., или — 4 770 000 руб. / год.

2. увеличить срок службы рудника. Для условий отработки одного направления (части) шахтного поля рудника 4РУ срок службы можно увеличить на 10−12 лет;

3. Снизить затраты на подготовку панели на 20−25%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является законченной научно-исследовательской квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи создания эффективной ресурсосберегающей технологической схемы в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий» на участках шахтных полей с ограниченными размерами, позволяющей на 40−80% снизить эксплуатационные потери калийной соли и затраты на поддержание повторно используемых подготовительных выработок.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

1. Перспективным направлением повышения технико-экономических показателей очистной выемки в условиях калийных рудников РУП «ПО «Беларуськалий» является использование при отработке участков с ограниченными размерами систем разработки с разворотом лавы без демонтажа очистного оборудования.

2. Основными недостатками известных технологических схем с разворотом лав на границе панелей являются значительные эксплуатационные потери полезного ископаемого в целиках, достигающие 33% балансовых запасов панели, и большая удельная протяженность подготовительных выработок.

3. Разработанную технологическую схему рекомендуется использовать на участках шахтных полей, большие размеры которых не превышают 80% оптимальной длины столба. Реализация данной схемы в условиях действующих калийных рудников РУП «ПО «Беларуськалий» позволяет уменьшить эксплуатационные потери полезного ископаемого на 4080%, удельную протяженность подготовительных выработок в 1,4−2 раза, затраты на поддержание повторно-используемых выработок на 60−70%.

4. При использовании второго варианта рекомендуемой технологической схемы ширину целика можно существенно уменьшить при возведении в непосредственной близости от целика породной полосы шириной не менее 3−4 вынимаемых мощностей пласта. При отработке IV сильвинитового слоя минимально допустимые значения ширины целика и породной полосы составляют, соответственно, 2,6−5 м и 4,8−6,0 м для диапазона глубин разработки 500−1000 м. Как показали шахтные исследования, величина усадки породной полосы составляет 26% за 9 месяцев, а состояние рядом расположенных выработок более удовлетворительное, чем при ее отсутствии.

5. При использовании рекомендуемой технологической схемы с разворотом лавы на границе панели повторно используемую подготовительную выработку необходимо располагать в соляном массиве на расстоянии от границы выработанного пространства большем максимальной глубины распространения в массив состояние эксплуатационных трещин, образование которых обусловлено ведением очистных работ. В условиях отработки IV сильвинитового слоя Третьего калийного пласта глубина распространения эксплуатационных трещин составляет:

• 4 — 5,3 м для глубины разработки 500−600м;

• 5,8 — 7 м для глубины разработки 700−1000м.

6. Основными параметрами зон остаточного бокового опорного давления, знание которых необходимо при определении места расположения панельных выработок, являются расстояние от краевой части массива до максимума опорного давления и ширина опасной зоны опорного давления. Для условий отработки верхнего технологического слоя Третьего калийного пласта эти параметры равны, соответственно:

• 4,5−5 м и 25−30 м при отработке пластов на глубинах 500−600 м;

• 9−11 м и 40−60 м при отработке пластов на глубинах 750−850 м.

7.0жидаемый экономический эффект при внедрении разработанной технологической схемы в условиях отработки Третьего калийного пласта составит около 3,18 млн. рублей на 1 млн. т. добычи (4,77 млн. рублей в год).

Область рационального использования рекомендуемых технологических схем — участки шахтных полей, длина которых меньше 3000 м.

Разработанная в процессе выполнения данной работы технологическая схема выемки пологих калийных пластов защищена 2 патентами на изобретения.