Подготовка шахтного поля. Определение действующей и общей линии очистных забоев

 

 

Подготовкой шахтного поля называют проведение подготовительных выработок после вскрытия шахтного поля.

На выбор способа подготовки шахтного поля оказывают влияние горно - геологические и горнотехнические факторы. При этом из горно - геологических факторов наибольшее влияние имеют угол падения пласта, нарушенность месторождения, газоносность и водообильность пластов, а из горнотехнических факторов - размеры шахтного поля по простиранию, способ проветривания подготовительных выработок и заданный объем добычи.

Рациональная отработка запасов калийных месторождений требует принятия соответствующих решений не только при выборе экономически целесообразных систем разработки пластов, но и способов подготовки запасов для последующей их выемки. В тоже время - приоритетный - обратный способ подготовки и отработки месторождения обусловливает наличие существенных проблем горно-геомеханического характера при выемке запасов на конечной стадии эксплуатации шахтопластов. Это связано с активизацией горного давления в зонах отработки указанных запасов, оконтуренных выработанными пространствами ранее отработанных участков. В таких зонах рационализация горно-технологических параметров добычи может быть достигнута за счёт научно-обоснованного управления горно-геомеханическими процессами, учитывающего взаимовлияние отрабатываемых горизонтов.

Чаще всего в мировом опыте отработки сильвинитовых месторождений встречается панельно-блоковая схема подготовки шахтного поля и прямой порядок его отработки, но она может применяться только в благоприятных для нее горно-геологических условиях.

При панельном способе подготовки создаются благоприятные условия для применения прогрессивного непрерывного конвейерного транспорта от очистного забоя до главного откаточного штрека, а также для отработки ярусов обратным ходом.

Недостатки панельного способа - необходимость проведения большего числа наклонных выработок, чем при этажном способе, и увеличение объема работы подземного транспорта по штрекам примерно на 20 - 30 %.

Подготовка шахтного поля рудника представлена северным направлением. Общая протяженность направления – до 9 км.

При рассмотрении различных схем раскройки шахтного поля учитываются следующие факторы:

– обеспечение устойчивого состояния главных, панельных и блоковых выработок на требуемый срок с учетом ведения подготовительных, очистных и гидрозакладочных работ;

– минимальные объемы горно-капитальных работ для ввода рудника в эксплуатацию;

– обеспечение требуемого качества добываемой руды в различные периоды отработки;

– удельный объем горно-капитальных работ в период эксплуатации рудника.

Проектными решениями предусматривается панельно-блоковая схема подготовки шахтного поля и прямой порядок его отработки. Одним из преимуществ панельно-блокового способа подготовки шахтного поля является возможность технически более просто увеличить нагрузку на пласт. Большая концентрация работ позволяет снизить себестоимость 1 т полезного ископаемого.

В панели предусматривается четыре пары блоков, длина панели предусматривается 2440 м, ширина панели – 1360 м.

На основании установленных размеров выемочного блока и панели, рассмотрено 2 варианта раскройки шахтного поля, различающихся расположением и ориентацией добычных панелей, а также количеством гидроизолированных участков.

В первом варианте раскройки шахтного поля (рис. 1) принято деление лицензионного участка на шесть гидроизолированных участков, каждый из которых вскрывается обособленно.

В южной части шахтного поля на уровне предохранительного целика под промплощадку рудника выделяются два гидроизолированных участка, в одном из которых располагается опытно-промышленный участок.

Основные четыре гидроизолированных участка шахтного поля включают в себя по пять-шесть панелей каждый, что позволяет сократить объемы и сроки поддержания главных выработок.

В данной схеме раскройки присутствует большое количество гидроизолирующих целиков и предохранительных целиков у главных выработок, которые предусматривается отрабатывать на завершающем этапе эксплуатации рудника.

Отличительной особенностью является необходимость поддержания в течение срока службы рудника только главных выработок, расположенных в центре шахтного поля и имеющих длину около 5500 м. При данной схеме раскройки шахтного поля в эксплуатацию необходимо вводить ближайшие к стволам 1, 2, западные панели и опытно-промышленный участок. Но при ведении очистных работ в данных панелях не обеспечивается требуемое качество добываемой сильвинитовой руды.

Во втором варианте раскройки шахтное поле (рис. 2) в его основной части делится на два гидроизолированных крыла, подготавливаемых отдельными выработками. При этом лицензионный участок делится гидроизолирующими целиками на четыре гидроизолированных участка, два из которых располагаются в районе предохранительного целика под промплощадку рудника и включают в себя небольшую часть запасов.

Главным недостатком данной схемы раскройки шахтного поля является эксплуатация горно-капитальных выработок в течение всего срока службы рудника.

Сравнение рассмотренных схем раскройки шахтного поля приведено в табл. 2.2

Таблица 2.2

Наименование	Ед. изм.	Вариант раскройки шахтного поля
Первый	Второй
Объем горно-капитальных работ для ввода рудника в эксплуатацию	тыс. м3
Длина группы главных выработок и магистральных конвейерных линий для ввода рудника в эксплуатацию	км	6,5	5,75
Длина группы главных выработок, требующих поддержания в течении срока, превышающего расчетный срок их устойчивого состояния (40 лет)	км		12,5
Удельный объем горно-капитальных работ на 1 млн. тонн вскрываемых запасов	тыс. м3/млн. тонн	0,91	1,28
Продолжительность вскрытия и подготовки запасов для ввода рудника в эксплуатацию	км	4,1	3,9

 

 

 

Важнейшим фактором при выборе схемы раскройки шахтного поля является обеспечение минимальных объемов горно-капитальных работ в период строительства и эксплуатации рудника.

Отталкиваясь от основных технических решений, принимаем второй вариант раскройки шахтного поля, при котором обеспечиваются наименьшие объемы горно-капитальных работ для ввода рудника в эксплуатацию. Эти объемы для первого варианта составляют 1741 тыс. м³, а для второго – 1612 тыс. м³. Так же выбор обоснован удельным объемом горно-капитальных работ на 1 млн. тонн вскрываемых запасов (в первом варианте – 1,28 тыс.м³/ млн.тонн, во- втором – 0,91 тыс.м³/ млн.тонн.).

Принятая раскройка обеспечивает быстрый ввод рудника в эксплуатацию (менее 1 года) при пластовой подготовке 1 ЗП с выходом на проектную мощность рудника через три года строительства.

Согласно принятой раскройке шахтного поля, увеличение мощности рудника возможно путем проходки дополнительных главных штреков в ангидритовых породах над проектными главными выработками (в западном и восточном направлениях), расположенными в каменной соли. В случае необходимости можно ввести в эксплуатацию несколько панелей (в зависимости от принятой производительности добычных комплексов).

Для отработки запасов сильвинита шахтное поле предусматривается разделить на следующие части:

– западная (1…12 западные панели);

– восточная (1…10 восточные панели);

– южная (1, 2 и 3 южные панели).

Панели ориентированы в северо-западном и юго-восточном направлении, длина панелей изменяется от 2245 до 2835 м (в среднем 2440 м), ширина панелей изменяется от 840 до 1850 м (в среднем 1380 м).

Панели делятся на 3-4 пары блоков, длина блоков изменяется от 450 до 940 м, составляя в среднем 680 м, ширина блоков изменяется от 560 до 680 м, составляя в среднем 610 м. Между панелями и блоками предусматривается оставление предохранительных целиков.

Так как схема отработки панельно-блоковая, то на первом этапе проводятся панельные штреки на длину, достаточную для ввода в отработку очистных блоков. Учитывая неизученный характер геомеханических процессов на месторождении и устойчивости горных выработок, рекомендуются следующие параметры панелей и блоков для очистных панелей:

- принимаются односторонние панели, т.е. очистные блоки размещаются только с одной стороны панельных выработок. Такое решение объясняется необходимостью наиболее максимально ускорить интенсивность отработки запасов панели, чтобы, во-первых, сократить сроки эксплуатации подготовительных выработок, и, во-вторых, как можно быстрее начать работы по закладке очистных камер;

- принимаются блоки двухсторонние, т.е. очистные камеры располагаются по обе стороны от блоковых конвейерного и выемочного штреков, обеспечивая максимально возможную концентрацию очистных работ при минимально необходимом количестве подготовительных выработок. При этом размеры в плане одного двухстороннего блока составляют 400×400 м. Таким образом, для ввода в очистную выемку одного двустороннего блока требуется пройти 400м панельных выработок.

Для обеспечения технологических процессов добычи руды и последующей закладки выработанного пространства проводится группа из трех панельных штреков: транспортного, конвейерного и вентиляционного.

Для подготовки к очистной выемке одного двустороннего блока проводятся следующие выработки: блоковые выемочный и конвейерный штреки по центру блока и 2 группы из двух вентиляционных штреков на флангах блока. При этом блоковые вентиляционные штреки данного блока будут также использоваться впоследствии при отработке смежных блоков. Таким образом, для подготовки одного двустороннего блока, за исключением первого, требуется пройти лишь одну группу вентиляционных штреков.

Под сильвинитовым пластом залегает гигроскопичная неустойчивая карналлитовая порода для исключения контакта с ней при ведении горных работ предусматривается оставление в почве очистных камер защитного слоя сильвинита мощностью не менее 0,3м.

Учитывая особенности Гремячинского месторождения все камеры служебного назначения, сопряжения со стволами, а также выработки околоствольного двора предусматривается разместить в наиболее крепких доломит-ангидритовых породах, предел прочности которых на одноосное сжатие в среднем составляет 80МПа, что позволит безопасно использовать их в течение всего срока эксплуатации рудника.

 

Выбор эффективного варианта системы разработки

Гремячинское месторождение калийных солей относится к пластовым пологозалегающим месторождениям.

Мировая практика показывает, что калийные месторождения в зависимости от их индивидуальных особенностей и условий могут разрабатываться следующими системами (подземный способ):

- камерной системой с оставлением междукамерных целиков;

- сплошной или столбовой системой с выемкой разрабатываемого пласта лавами с полным обрушением кровли в выработанном очистном пространстве;

- комбинированной системой.

Определяющим фактором выбора системы разработки для условий калийных месторождений является первостепенная необходимость защиты рудников от постоянно существующей угрозы затопления водами из вышерасположенных водоносных горизонтов. Защита от затопления должна быть обеспечена наличием над разрабатываемым калийным пластом необходимой мощности водозащитной толщи (ВЗТ) и выбором параметров систем разработки, которые должны соответствовать фактической мощности ВЗТ.

С учетом опыта разработки калийно-соляных месторождений России и Республики Беларусь и требований соответствующих нормативных документов высота зоны распространения техногенных водопроводящих трещин Н_т, образуемая над разрабатываемым пластом без закладки выработанного пространства, определяется по следующим формулам.

А) При камерной системе разработки:

, (2.2)

где - приведенная выемочная мощность пласта, м;

,

где - выемочная мощность пласта (высота камер), м;

- коэффициент извлечения из недр в пределах выемочной мощности пласта (высоты камер);

- безразмерный параметр, определяющий соотношение высоты к приведенной выемочной мощности пласта, (но не менее 20, что

является минимально необходимым с учетом изученности месторождения на данном этапе),

где Н – глубина залегания разрабатываемого пласта, м.

Б) При сплошной или столбовой системе с выемкой пласта лавой с полным обрушением кровли в очистном пространстве:

, (2.3)

где - выемочная мощность пласта (высота лавы), м;

(но не менее 40).

Применительно к условиям Гремячинского месторождения величина должна определяться по формулам:

- при камерной системе ;

- при выемке пласта лавами .

Таким образом, применение сплошной или столбовой систем разработки предполагает более жесткие условия и требования по мощности ВЗТ по сравнению с камерной системой.

Особенностью Гремячинского месторождения является значительная мощность продуктивного сильвинитового пласта – до 15 метров. Отработка такого пласта лавами в условиях Гремячинского месторождения практически невозможна и нецелесообразна по следующим причинам:

а) при отработке пласта лавами на мощность 10 метров и более потребуется наличие мощности ВЗТ более 435 метров при фактической ее мощности в пределах площади балансовых запасов от 60 до 300 метров;

б) невозможность применения закладки очистного пространства отходами обогащения сильвинитовой руды;

в) невозможность обеспечения безопасной выемки запасов под существующими ответственными объектами на земной поверхности (железная дорога, нефтепровод и газопровод подземной укладки с высоким избыточным давлением в трубах).

Применение камерной системы позволяет исключить эти ограничения и негативные последствия, учитывая, что:

а) камерная система позволяет осуществить закладку очистных камер отходами обогащения, технология которой успешно применяется на калийно-соляных рудниках, выполняя при этом регламентирующие требования «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом» (п.157) в части необходимости применения закладки;

б) камерная система с закладкой позволяет значительно снизить величины деформаций подрабатываемой ВЗТ и земной поверхности, обеспечивая при этом защиту рудника от затопления и необходимую охрану объектов на земной поверхности от влияния горных работ;

в) по производительности при разработке калийных месторождений современные проходческо-добычные комплексы, применяемые на камерной системе, не уступают лавам, а их цена существенно ниже, что обеспечивает меньшую себестоимость добычи руды при данной технологии.

Таким образом, с учетом вышеизложенного и с учетом изучения мирового опыта в области разработок калийно – соляных месторождений, для отработки запасов калийных солей Гремячинского месторождения принимается камерная система разработки с применением комбайнового способа выемки и закладкой выработанного пространства.