» » Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

07.08.2016

На протяжении более 130 лет Криворожский железорудный бассейн является крупнейшим производителем товарной железной руды в Европе. До 71% запасов богатых руд на шахтах Кривбасса добывается при помощи камерных систем разработки. В свою очередь, отработку камер на высоту этажа производят в 45%) блоков и на высоту подэтажа - в 26%. При этом до 50% запасов руд добывается с помощью этажно-камерной системы с отбойкой руды вертикальными веерами скважин, пробуренных из подэтажных буровых штреков, пройденных по породе (рис. 4.12, а). На протяжении 30 лет эти системы практически не претерпели кардинальных технологических изменений, т.е. до 90% подготовительно-нарезных выработок проводится без учета процессов деформирования пород, вмещающих очистное пространство камер. Следствием такого подхода является отсутствие методик по рационализации мест заложения нарезных выработок, по определению их устойчивых форм поперечного сечения и применяемых видов крепей.
Одним из актуальных направлений совершенствования камерных систем разработки с увеличением глубин их эффективного применения является выбор рациональных мест заложения нарезных выработок с учетом влияния энергетического состояния горных пород. В настоящее время на шахтах бассейна проведение подэтажных буровых штреков осуществляется в породах лежачего бока на расстоянии 2-5 м от рудных залежей. Данное расстояние обусловлено минимизацией длины эксплуатационных скважин, пробуренных по породе, и не регламентируется официально-действующими в бассейне инструктивными указаниями. Это приводит к разрушению целиков между буровыми штреками (буровыми камерами) и очистными камерами в процессе производства буровзрывных работ в блоках. В результате чего увеличивается разубоживание руды породами лежачего бока, повышается опасность падения рабочих, оборудования и материалов в очистное пространство камер, закорачивание воздушной струи на выработанное пространство, открывается возможность проведения сотрясательного взрывания и т.д.
Исследования состояния горных пород вокруг очистных камер выполнялось для базового и предлагаемого вариантов заложения подэтажных буровых штреков на примере шахты «Им. Ленина» ПАО «КЖРК» горизонта 1200 м очистного блока в маркшейдерских осях 110 - 118 по залежи «Основная карьера - 2». Теоретические исследования по определению размеров и форм областей возможного разрушения массива, производили с помощью энергетического метода. Распределение областей возможного разрушения в окрестности очистных камер представлено на рис. 4.12, б и выделено фоном. Из рисунка видно, что буровые штреки попадают в области интенсивного разрушения пород. Лабораторные исследования проводили на эквивалентных материалах, на стенде физического моделирования, установленном в лаборатории кафедры строительства, геомеханики и геотехники ГВУЗа «ИГУ».
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

При моделировании базового варианта заложения буровых штреков расстояние от камеры принималось эквивалентным 5 м (см. рис. 4.12, б и г). Факт неустойчивости пород подтверждается и экспериментами, проведенными на эквивалентных материалах с высокой степенью достоверности. Промышленные исследования были реализованы с помощью инструментальных методов с использованием электронных приборов (тахометр, лазерная рулетка) по определению фактических размеров очистных камер (см. рис. 4.12, г).
Полученные результаты исследований энергетического состояния горных пород в окрестности очистных камер дали возможность разработать методику по выбору рациональных мест заложения буровых выработок или выбора их рационального крепления.
Общая методика определения параметров сохранения устойчивости буровых штреков включает следующие этапы:
1. Величина радиального напряжения вдоль трассы заложения выработки с учетом влияния очистного и выработанного пространств, МПа
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

где х - расстояние по нормали от проектного контура очистной камеры до геометрического центра буровой выработки, м; γ - объемная масса горных пород, изменяющаяся от 0,2 до 0,4 МН/м3; H - глубина заложения откаточного горизонта для расчетной камеры, м; α - угол падения рудной залежи, град.
2. Коэффициент запаса прочности nвп вдоль трассы заложения выработки в породах лежачего бока залежи
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

где σсж - предел прочности пород на одноосное сжатие, изменяющийся от 40 до 160 МПа; Kco - коэффициент структурного ослабления массива, который принимают от 0,2 до 0,33 в зависимости от степени трещиноватости горных пород.
3. Коэффициент запаса прочности пр в обнажении выработкой пород кровли
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

Максимальная величина возможного разрушения в породах кровли при расположении буровой выработки в массиве лежачего бока залежи изменяется от 0 до 1,75 м. Это говорит о двух возможных способах сохранения устойчивости буровых выработок. Первым и более рациональным технологическим решением является увеличение расстояния заложения буровых штреков по отношению к очистным камерам. Для этого необходимо в формуле (4.9) увеличивать значение х до тех пор, пока в формуле (4.8) nпв не станет равным 1. Обратным решением этой задачи является определение рационального способа крепления буровых выработок без изменения места их заложения.
4. Величина области возможного разрушения в породах кровли U по трассе заложения буровой выработки, м
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

где λ - коэффициент формы энергетических зон, формирующейся вокруг нарезной выработки, который определяется по рис. 3.7.
5. Длина анкеров определяется по формуле (4.1), где lз = 0,3 - 0,5 м - величина заглубления анкера в устойчивую зону массива; lп = 0,05 - 0,2 м - длина выступающей из шпура части анкера, зависящая от его конструкции и толщины опорно-поддерживающих элементов.
6. Плотность расстановки анкеров определяется по формуле (4.3).
7. Расстояние между анкерами определяется по формуле (4.4).
8. Длина анкера, который устанавливается под углом перпендикулярном к напластованию пород, определяется по формулам (4.6-4.7), где α - угол падения залежи, град.
В табл. 4.4 представлена взаимосвязь между величиной разрушающей деформации в кровле подэтажных выработок и применяемой крепью.
Определение мест заложения буровых штреков на шахтах ПАО «КЖРК»

Полученные результаты аналитического и физического моделирования, характеризующиеся удовлетворительной сходимостью и подтвержденные данными, полученными при опытно-промышленном внедрении разработанных технологических решений в условиях ЧАО «ЗЖРК», позволили обосновать рациональные параметры крепления нарезных выработок для условий ПАО «КЖРК». В результате проведения теоретических, лабораторных и промышленных исследований было получено убедительное подтверждение необходимости отнесения подэтажных буровых штреков от очистных камер. Увеличение расстояния заложения буровых штреков от камер целесообразно производить как по падению, так и по простиранию залежи. Увеличение расстояния между камерами и штреками актуально в большей степени по центру очистных камер и в меньшей - в его верхней и нижней частях, а также на границе камер. Результаты расчетов по предложенной методике показали, что заложение буровых штреков по центру очистных камер рационально проводить на расстоянии 8-12 м, и ближе к контурам камер - 6-8 м. Разработанные технологические решения и технические рекомендации были переданы на комбинат для внедрения в производство.