Способы охраны и крепления подготовительных и очистных выработок

Основные задачи при выборе способов охраны и крепления горных выработок для условий Гремячинского месторождения калийных солей предопределены особенностями залегания и строения продуктивного пласта и вмещающих пород, которые являются специфическими и отличаются от других калийно-соляных месторождений. Основные отличия заключаются в следующем:

- большая глубина залегания калийного пласта – 1100-1300 м;

- значительная мощность продуктивного пласта при его пологом залегании;

- отсутствие в составе пород, как продуктивного пласта, так и в породах кровли достаточно мощных глинистых прослойков, что характерно для Верхнекамского и Старобинского месторождений калийных солей;

- наличие в вышележащих участках пород кровли мощных и прочных ангидрит-доломитовых и доломитовых пород с их сопротивлением сжатию от 60 МПа до 140 МПа.

При машинном способе выемки возникает необходимость осуществлять очистную выемку продуктивного пласта за 2-3 прохода комбайна, что увеличивает срок службы очистного хода, и, как правило, осложняет условия поддержания его кровли.

К положительным факторам следует отнести достаточно монолитное строение пород непосредственной кровли, представленных каменной солью, ангидрит-галитовыми и галит-ангидритовыми породами с их сопротивлением сжатию от 36 МПа до 70 МПа, а также наличие в верхних слоях ангидрит-доломитовых и доломитовых пород. Высокопрочные породные слои могут образовывать породы-мост, которые будут воспринимать основную часть горного давления от налегающих выше пород, и на достаточно больших площадях обеспечат благоприятные условия ведения очистных работ.

Большая глубина разработки (1100-1300 м) – неблагоприятный фактор. Тем не менее, существует мировой опыт ведения горных работ на таких глубинах. Например, на некоторых калийных рудниках Германии, Канады и Великобритании осуществляют разработку калия на глубинах более 1000 и даже 1200 м.

Для решения данной задачи настоящим проектом предусматриваются следующие способы охраны и крепления выработок.

Принимается минимально необходимое количество подготовительных выработок. При этом между выработками в каждой группе панельных и блоковых штреков приняты размеры охранных целиков, минимизирующие их взаимовлияние друг на друга, а между панельными выработками и очистными камерами – целики, исключающие влияние очистных выработок на подготовительные.

Сама схема отработки сильвинитового пласта, оптимизированная по всем технологическим процессам, предполагает проведение лишь незначительного объема подготовительных выработок (панельного и блокового конвейерных штреков) под разрабатываемым пластом, в т.ч. на некоторых участках шахтного поля в слабоустойчивых карналлитсодержащих породах. При этом данные выработки находятся в более благоприятных условиях разгруженной зоны с учетом их надработки вышележащими соответственно панельным транспортным и блоковым выемочными штреками. Все остальные подготовительные и очистные выработки расположены в наиболее устойчивых вмещающих породах.

В качестве основного вида крепления для поддержания подготовительных и очистных выработок на заданный период эксплуатации принимается достаточно эффективная для рассматриваемых условий и относительно недорогая анкерная крепь. Другие достоинства этой крепи заключаются в том, что она может устанавливаться во всех элементах выработки в зависимости от их устойчивости (кровля, почва, боковые стенки), а также имеет широкие возможности по механизации процесса ее установки при проведении горной выработки. В основу функциональной работы анкерной крепи положен принцип упрочнения породных слоев в пределах высоты свода обрушения над кровлей выработки.

На панелях №1 и №2 в подготовительных и очистных выработках (1-й верхний очистной ход), проводимых комбайном «Урал-20Р» с параметрами выработок 6,0х3,7м, на I этапе в кровле возводится временное крепление: 2 ряда анкеров клинораспорного типа КРА-16 с шагом по длине выработки 1,5 м и расстоянием между анкерами в ряду 1,3 м (с учетом конструктивных особенностей комбайна, с которого во время движения при отбойке руды производится бурение шпуров под анкера). Основные параметры анкера: длина – 2,2 м; масса – 4,4 кг; разрывное усилие – не менее 100 кН. Основной целью установки временного крепления является обеспечение устойчивости и проектных сечений выработок на период до начала возведения постоянного крепления.

На II этапе в подготовительных выработках возводится постоянное крепление по следующей схеме: в плоской части кровли выработок – швеллер №16У ст3 ГОСТ 8240-97 длиной 2,4 м под винтовые анкера типа КА-20 с шагом установки 1,5м по длине выработки или на расстоянии 0,75 м от ранее установленных анкеров временного крепления; в сводчатых и боковых частях выработок – также винтовые анкера в шахматном порядке и с расстоянием между рядами по длине выработки 0,75 м. Основные параметры анкера: длина – 2,2 м; масса – 6,1 кг; разрывное усилие – не менее 143 кН.

В очистных камерах панелей №1 и №2 постоянное крепление возводится аналогично подготовительным выработкам и дополнительно по периметру камер под анкера устанавливается полимерная сетка (, которая выдерживает нагрузку до 3т на 1м². Необходимость возведения полимерной сетки вызвана с целью защитить от падения отслоившихся пород, принимая во внимание возможность волнообразного характера контактных слоев продуктивного сильвинитового пласта и пород кровли.

Необходимо отметить, что в качестве одной из важнейших мер охраны очистных камер на период их отработки и последующей закладки, кроме всего, являются собственно параметры очистной выемки – оставляются жесткие междукамерные целики высокой несущей способности, в результате чего они не разрушаются горным давлением в зоне ведения очистных работ.

В качестве дополнительного крепления при ведении очистных работ для усиления междукамерных целиков и создания более упрочненной зоны горных пород в проблемных местах сопряжения выемочного штрека и очистных камер в междукамерных целиках устанавливаются винтовые анкера длиной 2,2 м с шагом 1,5 м по длине выработки.

В подготовительных выработках, проводимых комбайном «Урал-10А» с параметрами выработок 4,4х2,6 м возводится постоянное крепление по следующей схеме: плоская часть кровли крепится швеллером №16 (L=1,8 м) под винтовые анкера типа КА-20 длиной 2,2 м с расстоянием между рядами 1,5 м; сводчатые части выработки – аналогичными анкерами в шахматном порядке.

При возведении крепления в панельном и блоковом конвейерных штреках, находящихся в условиях надработки вышележащими выработками, отличие по отношению к другим выработкам, проводимым комбайном «Урал-10А», состоит в длине винтовых анкеров – она составляет 1,6 м.

Подготовительные выработки прямоугольного сечения с размерами 5,5х3,0 м, проводимые комбайном барабанного типа в панелях №3 и №4, за исключением блокового выемочного штрека, крепится по следующей схеме: в кровле – швеллер №16 длиной 5,0 м под винтовые анкера длиной по 2,2 м (в одном ряду – 4 шт.) с шагом установки по длине выработки 1,5 м; в боках – по 2 ряда винтовых анкеров (L=2,2 м) в шахматном порядке.

Крепление очистных камер производится по следующей схеме: в кровле первого верхнего хода комбайна под швеллер №16 устанавливается ряд из пяти винтовых анкеров (L=2,2 м), а в боках камеры – по 5 рядов анкеров с каждой стороны (L=2,2 м) в шахматном порядке. В боковых стенках 2-го хода (панель №3) и 3-го хода (панель №4) очистных камер устанавливается соответствующее количество рядов винтовых анкеров. Кроме того, по периметру очистных камер в кровле и боковых стенках до нижнего ряда анкеров (под швеллер и анкера) возводится полимерная сетка.

В качестве дополнительной эффективной меры охраны некоторых подготовительных выработок (панельный и блоковый конвейерные штреки, панельный вентиляционный штрек, транспортные заезды на конвейерные штреки) для обеспечения определенной податливости приконтурного массива и защиты крепи от проявления горного давления, с целью предотвращения деформирования боковых стенок и почвы выработок в виде прогибов проектом предусмотрена нарезка наклонных компенсационных щелей в почве по углом 45⁰ от вертикали. В компенсационные щели, глубина которых должна быть не менее 1,5 м, закладываются в качестве «работающего» элемента деревянные брусья через каждые 1,0 м по ее протяженности непосредственно в процессе нарезки.

На участках шахтного поля, где непосредственно под продуктивным сильвинитовым пластом залегают проблемные карналлитсодержащие породы предусматривается оставление защитного слоя из сильвинита мощностью не менее 0,3м в почве очистных камер.