Способ управления горным давлением, направленный на повышение безопасности подработки водозащитной толщи (ВЗТ) и эффективности очистных работ при разработке калийных руд на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВМКС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способ управления горным давлением, направленный на повышение безопасности подработки водозащитной толщи (ВЗТ) и эффективности очистных работ при разработке калийных руд на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВМКС)

Е.В. Челпанова

В связи с затоплением двух рудников на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВМКС), низким извлечением руды из пластов и намечающимся строительством трех новых рудников совершенствование способа управлением горным давлением при отработке пологих калийных пластов камерами является актуальной задачей.

На рудниках ВМКС управление горным давлением осуществляют ленточными целиками одинаковой ширины. Очистные камеры проходят одним или несколькими ходами комбайна. При необходимости поддержания пород непосредственной кровли в камере оставляют междуходовые целики. Проведение горных выработок осложнено наличием в подработанном массиве водоносных горизонтов. Водозащитная толща (ВЗТ) представлена пластами каменной соли, разделенными глинистыми прослойками, которые при изгибе в краевой части мульды сдвижения, вызванном отработкой пластов, могут разрушаться. Для проверки обеспечения безопасности подработки ВЗТ рассчитывается величина прогиба слоев подработанной толщи на момент окончания процесса сдвижения, при которой суммарная мощность ненарушенных слоев ВЗТ составляет 10 м или 20 м (при наличие аномальных зон в строении ВЗТ). Параметры отработки пластов должны обеспечивать величину степени нагружения междукамерных целиков 0,3-0,4. Под степенью нагружения целиков подразумевается отношение действующего на их опорную поверхность горного давления к условно-мгновенной прочности. При таких ограничениях извлечение руды из вынимаемой мощности пласта составляет лишь 30-45%.

ленточный целик нагружение реологический

Рис. 1. Представление научной концепции в виде графического отражения взаимосвязей между слагаемыми прочности ленточного целика и составляющими бокового напряжения, приводящими к изменению условно-мгновенной прочности этого целика: у_о - осевое напряжение; - условно-мгновенная прочность горной породы; _о1 - изменение прочности, обусловленное отсутствием возможности у целика деформироваться по продольной оси; _о2 - изменение прочности, обусловленное концевыми эффектами; _б - боковое напряжение; _б1 - составляющая бокового напряжения целика, обусловленная отсутствием возможности у него деформироваться по продольной оси; _б2 - составляющая бокового напряжения целика, обусловленная концевыми эффектами

В задачу исследований входило выявление породной конструкции, при управлении горным давлением которой часть объема добытой горной массы не оказывает влияния на величину прогиба слоев ВЗТ на момент окончания процесса сдвижения. Сравнение несущей способности различных опорных породных конструкций выполнено с помощью математической модели, отражающей влияние на скорость стационарной ползучести ленточного целика его формы, взаимодействия с вмещающими породами и величины воздействующего горного давления.

Вместо ленточного целика рассматривается равный ему по прочности столбчатый, претерпевающий воздействие бокового давления (рис. 1). Форма рассматриваемого столбчатого целика исключает влияние на его прочность эффекта концевых условий. Согласно результатам исследований механических свойств соляных пород, выполненных Г.Н. Кузнецовым, отношение высоты к ширине, у таких породных конструкций, равно двум.

Зависимость _о(_б) представляет паспорт прочности в координатах главных напряжений. Он установлен через взаимосвязь нормальных и касательных напряжений с учетом зависимости (_п), определенной при кратковременном и длительном режимах нагружения.

Рис. 2. Графики паспортов условно-мгновенной 1 и предельно длительной 2 прочности соляной породы (сильвинит): - угол внутреннего трения; ф_о и ф_? - напряжение чистого сдвига при условно-мгновенной и предельно длительной прочности; у_? и у_? - условно-мгновенная и предельно длительная прочности соляной породы

Рис. 3. Графическая интерпретация определения вариантов сочетаний осевого у_о и бокового у_б напряжений

Рис. 4. Графическое представление влияния формы образца соляной породы на зависимость длительной прочности от времени сохранения несущей способности, известную для образцов, у которых значение отношения d/h=0,5

Если в паспорте прочности ось абсцисс _б заменить на отношение ширины образца к его высоте d/h, то он будет характеризовать математическую модель длительной прочности образцов в функции их формы и коэффициента нагружения краевой части.

Определение математической модели длительной прочности ленточных целиков осложнено раскрытием взаимосвязи между отношением b/h и величиной бокового напряжения. Влияние формы целика на проявление им реологических свойств зависит от условий контакта между его опорными поверхностями и вмещающими породами. Если там находится глинисто-соляной слой - то при увеличении отношения b/h длительная прочность будет уменьшаться. Однако при наличии сцепления между целиком и вмещающими породами с увеличением отношения b/h длительная прочность будет расти.

Для определения математической модели длительной прочности ленточных целиков воспользовались экспериментальными данными И.А. Карманова и установили зависимость длительной прочности от формы целика и скорости его деформирования.

где е'_а - абсолютная скорость деформирования междукамерных целиков, обусловленная величиной коэффициента нагружения горной породы;

_{t л} - длительную прочность ленточного целика, равная величине воздействующего горного давления;

- условно-мгновенная прочность горной породы, установленная на образцах при d/h = 0,5;

k, с - коэффициенты, зависящий от ширины очистной камеры, взаимодействия опорных поверхностей целика с вмещающими породами, строения целика, вынимаемой мощности пласта и реологических свойств соляного целика;

b - ширина междукамерного целика;

т - вынимаемая мощность.

Исследованию возможности и целесообразности практического использования нового способа управления горным давлением подвергались только два его варианта, включающих поддержание пород кровли на чередующихся прямоугольных в плане целиках: двух широких через два узких и или двух широких через один узкий.

Установлено, что эти варианты управления горным давлением могут применяться на всех неотработанных площадях действующих рудников ВМКС. При этом абсолютное извлечение руды при формировании между двумя широкими междукамерными целиками одного узкого может быть увеличено на 6%, при формировании между двумя широкими междукамерными целиками двух узких - на 9%. Суммарный объем дополнительно добытой руды, при формировании между двумя широкими междукамерными целиками двух узких, составит 141 млн. тонн, что соответствует объему руды, добываемому в течение 10 лет рудником с самой высокой на месторождении производственной мощностью - БКПРУ-4.

Размещено на Allbest.ru