» » Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

07.08.2016

ЧАО «ЗЖРК» более 50 лет работает на базе Южно-Белозерского месторождения и использует вариант этажно-камерной системы разработки с заполнением выработанного пространства твердеющими смесями. Сущность данного варианта системы разработки заключается в том, что отработка этажа вкрест простирания осуществляется с помощью первичных и вторичных очистных камер. Для выполнения подготовительно-нарезных работ в пределах каждого очистного блока, который включает первичную и вторичную камеры, проводят в породах висячего и лежачего боков залежи по 10 полевых штреков общей длиной до 300 м.
Недостатком используемого способа подготовки очистных блоков является отсутствие научного обоснования мест заложения этажных и подэтажных полевых штреков. На практике их места определяют, опираясь на производственный опыт, и с целью достижения технологических удобств, вызванных близостью расположения к очистным камерам и восстающим выработкам, и других причин, что способствует уменьшению длин буровых ортов и сбоек различного назначения. Такой подход повлек за собой необходимость частичного перекреп-ления полевых штреков, а зачастую и проведения новых выработок - обгонных штреков. Сегодня заложение подэтажных выработок по отношению к очистным камерам не регламентируется официально действующими инструкциями для данного месторождения. В результате этого при производстве очистных работ в подэтажных штреках, заложенных по центру отрабатываемого этажа, наблюдаются вывалы пород и разрушения крепи выработок. Возникает опасность травмирования рабочих и выведения из строя оборудования, ухудшения движения воздушной струи и др. При этом снижается уровень ресурсосбережения и техники безопасности проведения горных работ в целом.
В последние годы в ЧАО «ЗЖРК» наметилась устойчивая тенденция повышения объемов добычи, главным образом благодаря масштабному использованию высокопроизводительного самоходного оборудования. При достаточном объеме балансовых запасов, вскрытие и подготовка нижележащих этажей должна производиться в соответствии с календарными планами. Использование дорогостоящей импортной техники в выработках с низким уровнем устойчивости и, соответственно, безопасности, а также сетью обгонных выработок негативно влияет на планомерность эксплуатации месторождения. Исходя из вышеизложенного, разработка и применение нового подхода в определении рациональных мест заложения подэтажных и этажных штреков при отработке запасов нижележащих горизонтов является важным элементом усовершенствования технологии подготовки и отработки запасов месторождения.
Разработка технологических решений по определению рациональных траекторий заложения подготовительных штреков имеет и обратное решение, которое подразумевает обоснование рациональных способов крепления выработок без изменения проектных траекторий заложения. В обоих случаях это позволит увеличить безопасный и безремонтный срок службы полевых штреков. Однако предварительные расчеты показали, что крепление отдельных участков штреков сопряжено с разработкой большого количества паспортов, обусловленных значительными изменениями размеров и форм очистных камер, и является более затратным, нежели определение рациональных мест заложения выработок.
Нами уже выполнены подобные исследования по определению влияния очистного пространства на выбор способа крепления нарезных выработок. Решение этой задачи реализовано для условий шахты «Эксплуатационная» ЧАО «ЗЖРК». Разработана комбинированная крепь подэтажных буровых ортов, которая учитывает напряженно-деформированное состояние массива на момент принятия камерами проектных размеров. Это способствует безопасному ведению закладочных работ и экономии средств на нарезные работы до 45%.
На сегодняшний день выполнен весь объем теоретических исследований, которые реализованы с помощью энергетического метода. Разработана расчетная схема исследования термодинамических процессов, протекающих в окрестности первичных и вторичных очистных камер. По расчетным данным построены поля радиальных напряжений, распространяющихся вокруг очистных камер. Из рис. 4.9 видно, что подготовительные штреки располагаются в массиве, характеризующемся различными значениями напряжений. Это говорит о необходимости разработки и применения индивидуальных паспортов крепления для каждой из подготовительных выработок либо групп выработок, закладываемых в равнонапряженных местах массива. Далее с помощью метода эквивалентных материалов проводились постановочные лабораторные эксперименты, которые подтвердили результаты теоретических исследований.
Сравнение результатов выполнялось по величинам деформаций массива на моделях и данным, полученным расчетным путем. Аналитические (теоретические) и физические (лабораторные) исследования были сопоставлены с данными производственной информации, которые опирались на изменение контуров очистных камер до и после отработки запасов. Максимальное расхождение результатов по трем видам исследований не превысило 13% (сходимость 87%).
В результате проведения теоретических, лабораторных и промышленных исследований была разработана методика расчета рациональных параметров подготовки добычных блоков на шахте «Проходческая» ЧАО «ЗЖРК». Сущность методики состоит в том, что заложение подготовительных выработок рационально выполнять в местах со сходной или максимально пониженной энергонасыщенностью пород. Заложение выработок по границам линий, оконтуривающим энергетические зоны, дает возможность проводить их без крепления. При этом на трассы заложения выработок висячего бока влияют первичные камеры, а выработок лежачего бока - вторичные (рис. 4.9).
Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

Эффективность предлагаемого технологического решения сохранится как при проведении подготовительных (штреков, ортов, восстающих), так и нарезных (ходовых, буровых, вентиляционных штреков и ортов) выработок в породах висячего и лежачего боков залежи «Главная». Экономическая эффективность от применения предлагаемого способа подготовки запасов для одного горизонта состоит из следующих статей. Это прямая экономия средств от безремонтного поддержания выработок без применения крепей, которая достигает 30% от общих затрат на проведение. Помимо этого, пропадает необходимость проведения обгонных штреков, затраты на которые достигают 20% от объема выработок горизонта. Также исключаются затраты, связанные с несчастными случаями: нарушение графика организации работ, ремонт и простои оборудования, выплаты при потере трудоспособности рабочих и т.д.
Общая методика определения рациональных трасс заложения подготовительных выработок включает следующие этапы:
1. Радиальное напряжение для массива пород висячего или лежачего боков залежи в расчетных точках траектории заложения выработки, МПа
Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

где β - угол между напряжением σр и плоскостью горизонта, град; γ - объемная масса горных пород, изменяющаяся от 0,2 до 0,4 МН/м3; H - глубина заложения очистной камеры, изменяющаяся от 0 до 1600 м; х - расстояние по нормали от обнажения массива камерой до расчетной точки на траектории проведения подготовительной выработки, изменяющаяся от 0 до 500 м.
2. Размер вертикальной полуоси а приконтурной зоны термодинамического дисбаланса энергии, определяемый для очистных камер по очередности отработки, м
Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

где m - горизонтальная мощность залежи, м; α - угол падения залежи, град; θ -угол, между главным нормальным напряжением и горизонтальной плоскостью, град, определяется по формуле (3.2), где ψ - угол, образованный между главным нормальным напряжением и вертикальной плоскостью, определяется по формуле (3.3), где λ - коэффициент формы энергетической зоны, определяется по рис. 3.7.
3. Размер горизонтальной полуоси а приконтурной энергетической зоны, определяемый для очистных камер по очередности отработки, рассчитывают по формуле (3.5).
Для определения траекторий заложения подэтажных или этажных штреков с достаточно высокой точностью желательно использование графоаналитического метода, который после расчета горизонтальной полуоси приконтурной энергетической зоны b позволяет найти пересечения границ приконтурных энергетических зон с плоскостями подэтажных и этажных горизонтов. Эти точки и будут внешней границей проведения нарезных и подготовительных выработок (рис. 4.10). Также возможно определение места заложения выработок аналитическим методом, который является более точным по причине учета общей закономерности образования приконтурных энергетических зон, а не для каждой очистной камеры в отдельности как предлагалось выше. Зависимость определения расстояния заложения штреков от рудной залежи имеет вид, м
Lш = b - 0,5lпp,

где lпр - горизонтальный пролет очистной камеры, м;
Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

В результате моделирования изменяющегося энергетического состояния горных пород, выражающегося через глубину заложения очистных камер, их геометрических размеров и формы, определены ориентировочные трассы заложения этажных и подэтажных штреков по отношению к залежи, позволяющие проводить нарезные и подготовительные выработки без применения крепления.
Учет влияния первичных очистных камер на крепление нарезных выработок позволяет повысить безопасность труда и снизить затраты на поддержание буровых ортов при добыче руды в этаже 640-740 м на шахте «Эксплуатационная» ЧАО «ЗЖРК», за счет снижения себестоимости крепления до 35%. Титульный лист рекомендаций, предложенных комбинату для внедрения.
Трассы заложения и способы крепления подэтажных выработок для шахт ЧАО «ЗЖРК»

Методика определения трасс заложения подготовительных штреков позволяет определить рациональные места заложения выработок как в породах лежачего, так и висячего боков залежи. При недостаточности изменения трасс заложения штреков существует и дополнительное решение для сохранении устойчивости - определение устойчивой формы выработки по методике, изложенной выше. Результатом исследований является усовершенствованный способ подготовки очистных блоков, который за счет определения рациональных трасс заложения полевых штреков повышает технику безопасности и обеспечивает ресурсосбережение горных работ. Внедрение технологического решения по определению мест заложения подготовительных выработок на шахтах ЧАО «ЗЖРК» позволяет сэкономить до 30% затрат на проведение 1 п.м выработки, без учета затрат на проведение обгонных выработок, ликвидацию аварий, восстановление оборудования и выплат по несчастным случаям. Разработанные технологические решения и технические рекомендации были переданы на комбинат для внедрения в производство.