» » Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

08.08.2016

В мире известно 37 бассейнов ископаемых калийных солей, из них 20 в Европе, 5 в Азии, 6 в Северной Америке, 2 в Южной Америке и 4 в Африке. 16 бассейнов эксплуатируются, 12 считаются потенциально промышленными.
Природным минеральным солям свойственна хорошая растворимость в воде. Мировой опыт их разработки свидетельствует о том, что проникновение вод в горные выработки обычно заканчивается затоплением рудника. Иногда это происходит катастрофически за несколько часов после начала водопритока, тогда как на некоторых рудниках с притоками воды боролись десятки лет. Борьба с водой и попытки осушить затопленные рудники почти нигде не имели успеха; в процессе откачки воды или рассола развивались неуправляемые процессы карстообразования, способствующие постоянному увеличению водопритоков. В общем, попадание воды в подземные выработки недопустимо.
Пласты калийных солей имеют выдержанные элементы залегания и пологое или наклонное падение, размещаются в соляных залежах. Над разрабатываемыми пластами имеется слой водонепроницаемых пород мощностью не менее 50 м, что исключает фильтрацию грунтовых вод (там, где водоносные горизонты расположены ближе к калийным пластам, последние считаются непромышленными). Для сохранения сплошности водонепроницаемых пород широко применяют камерно-столбовую систему.
Так как несущая способность калийных солей невысокая (коэффициент крепости до 2-3), ширина междукамерных целиков составляет 0,5-1,0 ширины камер, что ведет к большим потерям соли в недрах. Целики оставляют сплошные или прорезают редкими сбойками.
Камерно столбовая система разработки на калийных рудниках Старобинского месторождения (комбинат «Беларуськалий»). Горнотехнические условия. Месторождение представлено четырьмя калийными горизонтами, залегающими в соляных отложениях девона на глубине от 300 до 1200 м. Надсолевая толща - пластичные глинистые и глинисто-мергелистые породы, допускающие значительные деформации без образования трещин. Разрабатываются горизонты второй и третий.
Второй калийный горизонт состоит из двух сильвинитовых слоев мощностью по 0,7-1,2 м, разделенных прослоем каменной соли мощностью 0,4-0,8 м; общая мощность пласта 1,8-3,2 м.
Третий горизонт представлен двумя, тремя или четырьмя слоями сильвинита, разделенными прослоями каменной соли. Суммарная мощность отрабатываемой части пласта 1,8-5,0 м.
Варианты камерно-столбовой системы: 1) с жесткими целиками (обычный и более распространенный вариант); 2) с податливыми целиками. Эти сравнительно узкие целики разрушаются постепенно, что обеспечивает плавность посадки кровли. Потери рулы примерно в 1,5 раза меньше чем при жестких целиках.
Податливые целики оставляют при глубине разработки примерно до 400-600 м.
Отбойку осуществляют комбайнами, транспорт — конвейерами, а от комбайна до конвейера доставляют руду самоходным вагоном.
Подготовка. Шахтные поля разделяют на панели, а панели в свою очередь — на односторонние выемочные блоки (рис, XII.7).
Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

Группа выработок главных направлений, проводимых от расположенных в центре шахтного поля стволов к его противоположным границам, состоит, как правило, из пяти штреков: конвейерного (для транспортирования руды), двух вентиляционных и двух транспортных, предназначенных для передвижения вспомогательного безрельсового транспорта — автомобилей, тракторов и т. п. (почву транспортных штреков бетонируют). От выработок главных направлений по границам панелей проходят панельные штреки: конвейерный и транспортный по одну сторону панели и вентиляционный по другую. Вентиляционные штреки являются общими для двух смежных панелей. Ширина панели 400-600 м.
Панели разделяют на выемочные блоки шириной 200—300 м группами блоковых штреков (см. рис. XII.7), Группа состоит обычно из конвейерного, транспортного и разрезного (так называемого стартового) штреков, В разрезном штреке через определенные интервалы разделывают камеры разворота выемочных машин, С целью предохранить от обрушения кровлю камер разворота проходят разгружающий штрек. В кровле его взрывают расположенные в один ряд по его длине шпуры глубиной 1,5-2 м для защиты от бокового давления.
Механизация работ. Для подготовки и очистной выемки используют проходческо-очистные комбайны типа ПК-8, ПК-10, «Урал-ШКС».
Комбайны работают в комплексе с самоходными вагонами и бункерами-перегружателями БП-3 (рис. XII.8).
Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

Освоено полуавтоматическое вождение комбайнов проходческого типа; автоматически осуществляются пуск и остановка комбайна соответственно при незаполненном и заполненном бункере-перегружателе, включение конвейера в бункере-перегружателе при подъезде самоходного вагона и т. п., а направление и скорость движения комбайна задаются машинистом вручную.
Комбайн ПК-8 перемещается со скоростью 6-8 м/ч.
Отбитая руда поступает из бункера-перегружателя в самоходный вагон и доставляется им на блоковый скребковый конвейер типа СП-80, Применение самоходного вагона грузоподъемностью 15 т ограничивает производительность комбайна при длине доставки более 100 м, Блоковыми скребковыми конвейерами передают руду на панельные ленточные конвейеры КЛЗ-600 (рис, XII.9), а от них транспортируют к стволам конвейерами 2ПУ-120В по главному штреку. Людей, материалы и оборудование перевозят в автомашинах и тракторами.
Вариант с жесткими целиками (рис. ХII.10). Каждая очистная камера состоит из двух-трех пройденных комбайном выработок (комбайновых «ходов»), раздельных целиками шириной 1,0-1,5 м. Между камерами оставляют опорные целики шириной от G до 9 м, в зависимости от горного давления. (Целики, как опорные, так и между «ходами», в конце концов разрушаются, что вызывает оседание земной поверхности, которое длится много лет). Длина камеры 150-200 м.
Вариант с податливыми целиками (см. рис. XII.10). Между всеми комбайновыми «ходами» оставляются целики шириной 1,2 или 1,5 м на глубине соответственно 400 и 600 м; потери руды — соответственно 40 и 45%. Разрушаются податливые целики сразу же после выемки камер. Длина камер 150-180 м.
Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей
Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

Комбайны должны иметь плавную регулировку исполнительного органа по высоте, чтобы обеспечить беспрепятственный отгон комбайна из камеры с опустившейся на 100-150 мм кровлей. Этому требованию удовлетворяют комбайны ПК-10 и «Урал-10КС».
Крепление и борьба с выбросами газа. Камеры разворота, сопряжения всех выработок, а также выработки и камеры шириной более 4,5 м крепят штангами. Штанги бывают винтовые и с замком на торце. Винтовые диаметром 28-31 мм ввинчиваются в шпур диаметром 26-27 мм. Они скрепляются с породой по всей своей длине, хорошо сопротивляются вертикальным усилием, но срезаются при боковом смещении слоев породы. Штанги с замком податливы при боковом смещении, но хуже противостоят вертикальному давлению.
Выемочные штреки подвергаются наибольшему давлению, но служат сравнительно короткий срок, В них после штангового крепления кровли прорезают врубовой машиной штробу шириной 12 см и глубиной около 25 см в кровле и почве по длине штрека (рис. XII.11), что обеспечивает податливость пород на контуре выработки и предохраняет ее от разрушения.
Имели место выбросы газа под большим давлением. Опасные скопления газа под давлением 20 МПа в этих случаях были приурочены к мульдам карналитового пласта, расположенного на 5-6 м выше промышленного пласта. Приближение забоя к мульдам устанавливают по появлению уклона пласта вниз под углом 20-30°, Тогда отводят комбайн и пробуривают в забое электросверлом с дистанционным управлением горизонтальную скважину диаметром 42 мм длиной 10-15 м, по которой выбрасывается газ с породой. Если это не происходит, заряжают всю скважину патронами BB и взрывают, что вызывает выброс.
Проветривание. Свежий воздух поступает из панельных трансаортного и конвейерного штреков в блоковые выработки. В очистные камеры его нагнетают вентиляторами по прорезиненным трубам, которые прокладывают у кровли камеры по мере подвигания комбайна. Отработанный воздух по блоковым выработкам поступает на панельный штрек.
Порядок отработки панелей. Панели погашают в отступающем порядке. В одной панели вынимают одновременно до четырех блоков, в каждом из которых работает, как правило, по одному комбайну. Опережение очистных работ в соседних блоках должно быть не более 50 м.
Организация работ и технико-экономические показатели. Работы ведут в три смены по 7 ч 12 мин с одним перерывом. Ремонтная смена частично накладывается на добычную. Панель входит в один производственный участок. Проходческоочистной комплекс обслуживает суточная бригада. В смену выходят два машиниста и два горно-рабочих очистного забоя; последние ремонтируют оборудование, подвешивают кабели, вентиляционные трубы и т. п. На каждом горизонте дежурят один-три электрослесаря с велосипедами.
Особенности камерно-столбовой системы разработки на других калийных рудниках.
Особенности камерно-столбовой системы разработки при добыче калийных солей

В Соликамском и Березниковском рудоуправлениях при мощности пласта 7-15 м применяют комбайновую выемку: камеру вынимают горизонтальными слоями, начиная с верхнего слоя, в два-три хода комбайнами «Урал-20КС». Из верхнего и среднего слоя отвозят руду самоходным вагоном по наклонному съезду до конвейера или к перепускной выработке или скважине. Коэффициент извлечения руды 35-45%. Испытывают и частично применяют закладку камер отходами карналитовых фабрик. Закладка сухая и гидравлическая. Сухую осуществляют с помощью конвейеров и самоходных вагонов, При гидрозакладке используют насыщенный солевой раствор; для хорошего заполнения камер прорезают в их кровле комбайном штробу высотой около 30 CM и по ней подают по трубам смесь. Co временем закладка превращается в монолит и через три года достигает прочности на сжатие 6 МПа.
В США за выемочными комбайнами используют передвижные телескопические ленточные конвейеры, на одном из рудников отрабатывают камерно-столбовой системой пласт каменной соли мощностью около 10 м. Применяют погрузочно-доставочные машины фирмы «Джой» с емкостью ковша 5,3 м3, которые доставляют руду на расстояние до 250 м к передвижной дробильной станции. Станцию передвигают каждые три месяца. Наиболее мощная из станций имеет производительность 600 т/ч и обслуживается двумя погрузочно-разгрузочными машинами.
На ряде калийных рудников при мощности пласта более 3,5 м применяют отбойку веерами шпуров из штреков, пройденных с помощью комбайнов; доставляют руду погрузочно-доставочными машинами.
Технико-экономическая характеристика и область применения камерно-столбовой системы разработки на калийных рудниках. Производительность забоя до 30 тыс. т/мес производительность труда забойного рабочего при комбайновой выемке 60-100 и до 200 т/смену, при комбинированной комбайновой и буровзрывной выемке 40-80 т/смену; потери руды 50-ь60 % (при податливых целиках 35-40 %, но их нельзя будет применять при увеличении глубины работ); разубоживание от 5 до 25-35% при совместной выемке пропластков каменной соли.
Камерно-столбовой системе свойственны высокие потери руды, значительное засорение руды каменной солью из про-пластка. Целики, даже и жесткие, постепенно разрушаются, поверхность через два-три года начинает оседать и через 10-15 лет просадка поверхности достигает почти полной средней выемочной мощности пласта в связи с пластичностью пород. При равнинной местности это приводит к заболачиванию поверхности на огромных площадях. В таком виде камерно-столбовая система дальше применяться не должна.
Возможны два пути. Первый — применение камерно-столбовой системы в варианте с жесткими целиками и последующей гидравлической (с насыщенным соленым раствором) закладкой камер отходами обогащения. Последние уплотняются, образуют монолит, и тогда через один-три года могут отрабатываться целики, тоже с закладкой. В этом случае существенно снизятся потери руды и просадка поверхности.
Путь этот для разработки месторождений типа Старобинского очень сложен: надо создавать водоотливное и компрессорное (для гидро-пневмотранспорта) хозяйства; неясна возможность достаточного заполнения длинных камер; особого решения требует вопрос о вторичном подходе к панели для погашения целиков.
Другой путь — при малой мощности залежи переход на столбовую систему разработки с обрушением кровли (сплошная выемка блоков с поддержанием очистного пространства передвижной щитовой крепью, за которой обрушается кровля). Эта система широко применяется в ПО «Беларуськалий»,— породы прогибаются плавно, без разрыва сплошности, что исключает прорыв вод, но закладка не осуществима. Необходимы мелиоративные меры для осушения поверхности.