Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат рабочего проекта:

Вскрытие и отработка юго-восточной части шахтного поля (корректировка)

Главный инженер проекта В.В. Новиков



1. История разработки месторождения и развития предприятия

Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВКМКС) открыто П.И. Преображенским в 1925 году и приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Калийно-магниевые соли расположены внутри соляной толщи между покровной и подстилающей каменной солью, залежь имеет пластовую форму. Обзорная карта ВКМКС с расположением участков шахтных полей приведена на рисунке 1.

Первый калийный комбинат (СКК) на базе Верхнекамского калийного месторождения был введен в эксплуатацию в 1934 году в г. Соликамск. В 1935 году рудник СКК вышел на проектную мощность 1,5 млн. т в год сырых калийных солей.

В 1944 году в военное время был введен Первый Березниковский калийный комбинат, который во время войны обогащал карналлит для Соликамского магниевого завода и вел добычу пищевой соли.

На стадии проектирования рудников для выбора системы и параметров ведения горных работ были привлечены крупнейшие ученые. Основываясь на мировом опыте эксплуатации калийных месторождений (в основном Германии), была выбрана камерная система разработки с поддержанием вышележащей породной толщи и земной поверхности опорными междукамерными целиками, которые должны были обеспечить сохранность подрабатываемых объектов на длительное время.

Принимаемые тогда решения по ведению горных работ на Первом Соликамском и Первом Березниковском рудниках соответствовали действующим в то время нормативным документам и уровню знаний о происходящих геомеханических процессах при разработке калийных месторождений. Как показал опыт отработки рудников, уровень знаний был не достаточным, применяемые опорные междукамерные целики имели ограниченный срок службы и по истечению определенного времени начинали деформироваться с повышенными скоростями. Это выражалось в активизации оседаний земной поверхности, поэтому возник вопрос о значительном уменьшении деформаций земной поверхности, которые могли привести к затоплению рудника и разрушению жилых и промышленных объектов, находящихся в зоне влияния горных работ.

На рудниках первых калийных комбинатов была применена буровзрывная технология ведения очистных работ с доставкой отбитой руды от забоя до выемочного штрека скреперной лебедкой. Транспорт отбитой горной массы осуществлялся локомотивной откаткой, подъем руды на поверхность в вагонетках на клетевом подъеме в клетях или в скипах небольшой грузоподъемности. Закладка выработанного пространства до 70-х годов не осуществлялась. Проветривание рудников осуществлялась главными вентиляторными установками, установленными на поверхности у вентиляционных стволов.

В 1964 году СНХ РСФСР принял решение создать в г. Березники производственное объединение «Уралкалий». Одной из главных целей объединения Березниковского и Соликамского калийных комбинатов являлось ускорение строительства новых калийных предприятий, техническое перевооружение рудников и обогатительных фабрик, внедрение новых технологий добычи и переработки руд.

В 1963 году начато строительство рудника Второго Березниковского калийного комбината, который был введен в эксплуатацию в 1970 году мощностью 7 млн. т сильвинитовой руды в год.

В 1973-1974 годах введены первая и вторая очереди Третьего Березниковского калийного комбината (БКПРУ-3) общей мощностью 8,2 млн. т.

В 1973 году начаты строительные работы на площадках Четвертого Березниковского калийного завода, а в 1975 году начата проходка шахтных стволов рудника. В 1989 году введена в эксплуатацию I очередь Четвертого Березниковского калийного завода.

В течение второй половины 20-го века динамичное развитие калийных рудников привело к внедрению прогрессивных технологий и средств механизации ведения горных работ. На рудниках вместо буровзрывного способа стали использовать механизированный способ выемки. Успешно прошли промышленные испытания и внедрены мощные комбайны: типа «ПК» и «Урал», специально созданные для калийной промышленности. Шахтные подъемы на рудниках оборудуются большегрузными скипами грузоподъемностью до 24 т. На вспомогательных подземных работах эксплуатируется автотракторная техника и автомашины. Транспортирование отбитой сильвинитовой руды от добычных участков до общешахтных бункеров переведено с локомотивной откатки на конвейерный транспорт. Внедрена закладка выработанного пространства для защиты поверхностных объектов, зданий и сооружений на шахтных полях рудников СКРУ-1 и БКПРУ-1.

Модернизация технического оснащения и совершенствование технологии добычи, направленные на увеличение концентрации очистных работ, применение мобильного горно-добычного оборудования, автоматизацию технологических процессов и контроль за промышленной безопасностью производства ведутся на предприятии постоянно.

Основная сложность разработки Верхнекамского месторождения калийных солей заключается в легкой растворимости солей и обводненности вышележащей над соляным массивом толщи пород, опасности проникновения пресной или слабоминерализованной воды в горные выработки и, соответственно, последующего аварийного затопления рудника. Вследствие сложных горно-геологических, горнотехнических условий и отсутствия надежного водоупора над соляным массивом, отработка запасов калийных солей осуществляется с жестким поддержанием вышележащих пород на предохранительных целиках. В связи с этим добыча калийных руд на ВКМКС сопровождается значительными потерями балансовых запасов промышленных пластов.

В 1986 году в результате разрыва водозащитной толщи и проникновения надсолевых вод был затоплен рудник Третьего производственного калийного рудоуправления с мощностью 8,2 млн. т руды в год. Навсегда утрачена значительная часть минерально-сырьевой базы, погибло современное оборудование. Трагедия, как показали исследования, проводившиеся в течение 6 лет, произошла из-за несоответствия параметров и порядка отработки калийных пластов особенностям геологического строения водозащитной толщи, которые не были достаточно изучены.

На рудниках ОАО “Уралкалий” ведутся научно-исследовательские работы научными организациями Российской Федерации (ОАО “Галургия”, Пермский государственный технический университет, Санкт-Петербургский государственный горный институт, Горный институт УрО РАН). На основании проводимых научных работ и изысканий формируются и совершенствуются нормативная документация, методики расчета параметров системы разработки и мониторинга геологической среды, контроль безопасности ведения горных работ. Технология и безопасность ведения горных работ постоянно совершенствуются с учетом причин и последствий аварийных ситуаций, возникших на руднике БКПРУ-3 (аварийное затопление в 1986 г.) и руднике СКРУ-2 (массовое обрушение горных пород в 1995 г.).

Основными нормативными документами, которые определяют ведение горных работ на калийных рудниках, являются Закон “О недрах”, “ Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей”, “Правила охраны недр”.

2. Краткое описание ранее выполненной проектной документации

Проектирование Второго Березниковского калийного комбината выполнялось на основании планового задания, утвержденного 11 апреля 1960 г заместителем председателя Государственного Комитета Совета Министров СССР по химии, согласно которому комбинат должен развить производственную мощность по хлористому калию 3 млн. тонн в год.

Геологической основой для проектирования послужил “Отчет о разведке Дурыманского участка Верхнекамского месторождения калийных солей”, составленный Уральским геологическим Управлением в 1957 г. и протокол ГКЗ по утверждению запасов калийных солей Дурыманского участка.

Актом комиссии по выбору промышленных площадок 2-го БКК, утвержденным Заместителем Председателя Пермского Совнархоза 4 июля 1960 г., выбраны три площадки для строительства и эксплуатации 2-х подъемных стволов, располагаемых на основной промплощадке и 2-х вентиляционных стволов, располагаемых на южном и северном флангах.

В 1961 г. при составлении проектного задания на вскрытие Дурыманского участка месторождения была изменена мощность рудника в сторону уменьшения. Были выполнены более точные расчеты параметров вентиляции рудника, которыми установлено, что в связи с уменьшением мощности рудника необходимость в строительстве второго вентиляционного ствола отсутствует.

Было рекомендовано осуществить вскрытие двумя стволами, оборудованными скиповыми подъемными установками, и одним вентиляционным.

Проект проходки и крепления стволов шахт разработан проектной конторой треста «Шахтспецстрой».

В 1961 г. проектное задание «Рудник» было составлено с учетом опыта работы Березниковского и Соликамского калийных рудников и с использованием более прогрессивных нормы выработки и расходных показателей, действующих на данных предприятиях. Согласно данному заданию сроки ввода рудника распределяются следующим образом: первая очередь в 1964 году на мощность 1,0 млн. тонн хлористого калия, вторая очередь до 2,0 млн. тонн в 1966-67 гг.

Поддержание мощности рудника в объеме 8 млн. тонн сильвинитовой руды в год на период до 2000 года предусмотрено осуществить путем ввода мощностей в три очереди:

· I очередь - отработка запасов 14-16-18-20 восточных панелей;

· II очередь - отработка запасов 13-15-17 западных панелей;

· III очередь - отработка запасов 8-10-12 западных панелей.

В 1985 г. был выполнен проект на отработку оставшихся запасов шахтного поля рудника (I очередь). Проектом предусматривалась отработка северо-восточной части шахтного поля. Работы по поддержанию мощности рудника осуществляются с 1987 по 1990 годы с вводом мощности взамен выбывающей в объеме 3,43 млн. тонн руды в год.

Рабочий проект на вторую очередь выполнен в 1991 году. Этим проектом предусматривалось поддержание мощности рудника путем ввода мощности на 13-15-17 западных панелях в объеме 3,43 млн. тонн руды в год взамен выбывающих мощностей.

Проектом, выполненным предприятием п/я В-2413, «Перевод очистных работ с буровзрывного на машинный способ добычи запасов», на первом этапе работ предусматривался прямой порядок отработки семи панелей широтного направления, центральную часть шахтного поля предусматривалось отрабатывать обратным порядком.

С развитием горных работ было установлено, что переход на обратный порядок приведет к встречным очистным забоям, увеличению горного давления и, как следствие, снижению коэффициента извлечения руды из недр. Поэтому Минхимпромом от 11 мая 1979 года и Госгортехнадзором СССР от 11 января 1980 года было принято решение осуществлять доработку запасов от выработанного пространства центральной части к флангам шахтного поля. В соответствии с этими решениями был выполнен техно-рабочий проект «Проходки выработок главных направлений на фланги шахтного поля рудника БКПРУ-2». По техническим решениям этого проекта осуществлялась доработка запасов юго-западного участка 7-9-11 западных панелей и северо-восточного участка 6-8-10-12 восточных панелей.

В 1991 г. был выпущен «Специальный Проект на опытно-промышленные работы для проверки усовершенствованных параметров отработки пластов АБ и Кр. II на руднике БКПРУ-2», целью которого было: улучшение технико-экономических показателей добычи, повышение безопасности ведения очистных работ, за счет формирования системы примерно равножестких междукамерных целиков (МКЦ) по пластам. Проектом предусматривалась блоковая отработка пластов - с периодическим чередованием междукамерных и междуходовых целиков, что позволяло существенно улучшить технико-экономические показатели добычи, повысить безопасность ведения очистных работ.

Для поддержания мощности рудника на достигнутом уровне в 1996 году ОАО “Галургия” разработан проект “Отработка шахтного поля рудника БКПРУ-2”, в котором мощность рудной базы по сильвиниту была сохранена на уровне 8 млн. т в год. Вместе с тем, исходя из потребности в конечном продукте и в соответствии с проектным заданием объем добычи сильвинитовой руды был принят 6 млн. т в год. В проекте 1996 года обоснованы параметры системы разработки, в соответствии измененной “Инструкцией по защите рудников от затопления и охране объектов на земной поверхности…” (1994 г.), учтены зоны с аномальным строением водозащитной толщи и надсолевой толщи, выявленных исследовательскими работами на шахтном поле рудника, предусмотрена дальнейшая отработка запасов с разделением шахтного поля на гидроизолируемые блоки с целью уменьшения опасности затопления рудника в случае аварийного прорыва надсолевых вод.

В дальнейшем неоднократно выполнялись корректировки раздела меры охраны, вызванные уточнением геологических данных и физико-механических свойств пород, изменением горно-технических условий отработки запасов на шахтном поле.

В 2001 г ОАО “Галургия” был разработан рабочий проект “Вскрытие и отработка юго-восточного участка” (шифр 02.092), в котором приведены технические решения на отработку юго-восточного участка двумя очередями: I очередь - 7, 9, 11 ВП; II очередь - 13, 15, 17 ВП.

В 2004 году выполнена корректировка проекта “Отработка шахтного поля рудника БКПРУ-2” (шифр 02.067-ПЗ.4), необходимость разработки которой вызвана изменением параметров системы разработки в связи с уточнением физико-механических свойств пород, изменением горно-геологических условий отработки, ухудшением состояния горных выработок из-за пригрузки солеотвала, ликвидации гидрозакладочного комплекса.

В 2007 году выполнена корректировка горных мер охраны в рабочем проекте “Вскрытие и отработка юго-восточного участка” (шифр 02.092-ПЗ.ГМО). Необходимость корректировки проекта вызвана существенным ухудшением горно-геологических и горно-технических условий отработки сильвинитовых пластов в юго-восточной части шахтного поля, требующих пересмотра ранее принятых проектных решений по безопасным условиям подработки водозащитной толщи и применения дополнительных мер охраны.

Проектом рассмотрены параметры системы разработки, эксплуатационные потери, меры охраны водозащитной толщи, подземных объектов и объектов земной поверхности для оставшихся запасов северо-восточного и юго-восточного участков шахтного поля. Выполнена корректировка календарного плана отработки и подготовки запасов юго-восточной части шахтного поля.

Разработка проектной документации выполнялась в два этапа. Первый этап - научно-исследовательские работы, разработка геологических и геомеханических исходных данных на проектирование, рекомендаций по оптимальной схеме вскрытия и подготовки шахтного поля, исходные данные на проветривание рудника и т.п. Основной задачей первого этапа является определение потенциально опасных зон в строении вышележащей толщи над отрабатываемыми пластами, площади распространения выявленных аномальных зон и геомеханический расчет параметров системы разработки.

На втором этапе, при выполнении проектной документации, разрабатываются горные меры охраны рудника от затопления и поверхности от вредного влияния горных разработок, при этом проводится полный комплекс расчетов по проверке параметров системы разработки с соблюдений жестких требований “Указаний по защите рудников…”.

3. Краткая характеристика действующего рудника

Рудник Второго Березниковского калийного управления разрабатывает запасы Дурыманского участка Верхнекамского месторождения калийных солей.

Проектная мощность рудника по добыче сильвинитовой руды составляет 8 млн. тонн. Настоящим проектом сохраняется принятая производительность по добыче сильвинитовой руды в объеме 6 млн. тонн.

В таблице 3.1 приведены значения мощностей по рудной базе с начала работы рудника и на момент разработки рабочего проекта и его корректировки в 2007 году.

Таблица 3.1

Мощности по сильвинитовой руде, процент освоения проектных мощностей по периодам с начала работы рудника

Год	Ввод и выбытие мощностей, тыс. тонн	Общая введенная мощность по сильвинитовой руде, тыс. тонн	Освоенная мощность, тыс. тонн	% использования мощности (натура)
			Натура	Стандарт
1970	4300	4300	1929,2	2696,1	44,87
2004	-	6000	5519,4	8226,6	91,66
2007	-	-	7240,7	10367,4	120,6

Размеры шахтного поля рудника составляют: в меридиональном направлении -7950 м, в широтном -7700 м.

Шахтное поле вскрыто тремя вертикальными стволами, расположенными в центральной его части. Главными вскрывающими выработками запасы шахтного поля разделены на четыре части: северо-западный, северо-восточный, юго-западный и юго-восточный участки. Запасы шахтного поля отрабатываются прямым порядком: в отработке находится северо-восточный участок, юго-восточный участок, на северо-западном участке отработка планируется после 2023 года.

Главные выработки расположены в меридиональном направлении: северное крыло длиной 4750 м, южное -3200 м. Шахтное поле в широтном направлении разбито на панели шириной 400 м. Длина панелей в восточном направлении составляет 3350ё3400 м, в западном - 4350ё4450 м. Главные конвейерные и транспортные штреки пройдены в подстилающей каменной соли, в южном направлении - до оси 15-х панелей, в северном - до оси 18-х панелей. Главные вентиляционные штреки пройдены по пластам АБ и Кр.II. Ввиду неудовлетворительного их состояния на отдельных участках центральной части шахтного поля, главные южные и северные вентиляционные штреки пройдены в подстилающей каменной соли.

Подготовка запасов панельно-блоковая с прямым порядком отработки шахтного поля и обратным порядком отработки панелей (блоков). Группы панелей вскрыты групповыми штреками, проходимыми от главных выработок в широтном направлении.

Очистные работы ведутся на двух сближенных пластах: на пласте АБ и на пласте Кр.II. Добыча руды ведется машинным способом с применением комбайнов Урал-20КС (А) и ПК-8М(МА) или Урал-10А.

Основным видом транспорта на руднике является конвейерный. на панелях и блоках применяются ленточные конвейеры типа КЛ3500, КЛК-1-100 длиной до 400 м, в групповых и главных конвейерных штреках применяются ленточные конвейеры КРУ-350, IЛУ-120, 2ЛУ-120 и конвейеры производства ГДР.

Для доставки оборудования и материалов на горные участки используются тракторы Т-40,ТДТ-55,МТЗ-50,МТЗ-52, Доставка людей на участки производится машиной “Минка-26”.

Проветривание рудника осуществляется всасывающим способом при центральной схеме проветривания. Главная вентиляторная установка оборудована двумя вентиляторами типа ВРЦД-4,5 при скорости вращения электродвигателя n=375об/мин.

Для проветривания удаленных панелей на руднике используются вентиляторные установки, состоящие из вентиляторов местного проветривания СВМ-6М (ВМЭ-6/1).

Общее количество воздуха, поступающее в рудник составляет 18624 м³/мин; утечки воздуха: внутренние -21,8%, внешние -26,1%, депрессия главного вентилятора составляет 253 даПа.

Существующее положение горных работ на руднике на момент разработки рабочего проекта приведено на рисунке 2.

4. Особенности геологического строения отрабатываемого участка месторождения

Для геологической характеристики участка использованы данные 8 скважин (№№107, 201, 202, 207, 208, 1012, 1014, 1015), пробуренных в период детальной разведки Дурыманского участка, данные скважин детальной разведки Талицкого участка, данные структурных скважин №№ 64с, 65с, 213с, 214с, данные 5 скважин подземного бурения, пробуренные на данной площади, бороздовое опробование.

Промышленными пластами являются два сближенных сильвинитовых пласта АБ и Кр.II. Мощности соляных пластов в пределах участка изменяются незначительно. Наблюдается общая закономерность уменьшения мощностей пластов с запада на восток. Площадей зон разубоживания и замещения сильвинита каменной солью в пластах АБ и Кр.II в пределах юго-восточного участка разведочными скважинами не выявлено, кроме скважины №1015 на восточной границе участка, где пласт Б мощностью 0,85 м замещен каменной солью с глинистыми прослойками.

Пласт АБ представлен, в основном, пестрым сильвинитом. Средняя мощность пласта 2,46 м. Глубина залегания изменяется от 305 до 375м. Содержание KCl в среднем по пласту 36,8 %, н.о. - 6,21 %.

Пласт Кр.II распространен на всей площади участка. Глубина залегания пласта колеблется от 310,55 м (скв. №107) на юго-востоке участка до 380.14 м (скв. №1014) в центре. Он представлен четырьмя слоями красных сильвинитов, чередующимися с тремя слоями каменной соли. Абсолютные отметки почвы пласта изменяются от -92,07 м (скв. №107) до -165,39 м (скв. №1014). В почве междупластья Кр.II-Кр.I выделено три глинисто-соляных «коржа». Мощность пласта Кр.II в границах участка колеблется в пределах: от 5,1 м (в северной части участка) до 4 м (район скв. №107), средняя мощность пласта 4,75 м. Содержание KCl в среднем по пласту 40,55%, н.о. - 3,93%. Глубина залегания изменяется от 310 до 380 м. Мощность междупластья А-Кр.II изменяется от 5,11 м (скв. №1014) в центре участка до 3,55 м (скв. №№107, 207).

Подготавливаемые к отработке пласты АБ и Кр.ЙЙ являются опасными по газу. Согласно региональному прогнозу большая часть площади отработки пластов АБ и Кр.ЙЙ юго-восточного участка отнесена к выбросоопасной зоне.

В тектоническом отношении участок расположен на восточном борту Дурыманского прогиба. В этой связи, от восточной границы шахтного поля (первые блоки) до выработок главного южного направления наблюдается пологое погружение пластов в юго-западном направлении. Перепад отметок по кровле пласта Кр.ЙЙ по скважинам №№ 107-202 составляет около 90 м. Местами отмечается складчатость промышленных пластов различных порядков. Амплитуда складок достигает 3-5 м.

В строении водозащитной толщи (ВЗТ) принимают участие все три подтолщи (ВЗТ_1-3)-сильвинито-карналлитовая зона, покровная соль и переходная толща СМТ₁ . В составе переходной толщи отмечается от одной до 4-х соляных ритмопачек. Мощность ВЗТ над пластом АБ изменяется от 63 до 98м, увеличение происходит в юго-западном направлении.

На шахтном поле БКПРУ-2 выделен Зырянский сдвиг, первоначальное положение которого было выделено Джиноридзе Н.М. в 1989 году «по таким признакам, как частота проявлений ГДЯ, мелко-островной характер сильвинитизации карналлитов пласта Б и резкие изменения простирания структур по поверхности ПКС». Отличительной особенностью, выявленной в результате бурения геологоразведочной скважины № 1014 (местоположение которой в зоне Зырянского сдвига было задано Джиноридзе Н.М.), является необычность строения надсолевого комплекса пород, проявляющаяся в двукратном повторении (выше кровли СМТ) перевернутых разрезов ТКТ/ПЦТ, которую «невозможно представить без субвертикальных разрывных дислокаций, возникающих при горизонтальных сдвигах». В разрезе скважины № 1014 отмечается наличие интервалов развития шламовидной (перекристализованной) соли (слои 1,2,3 ПКС и средней части пласта Е), появление гипса (до 30% от н.о.) и новообразованных кристаллов кварца, что связывается с тектоническими деформациями и вторичными преобразованиями солей. Карналлитовый пласт Г замещен пестрым сильвинитом. Изменение карналлитов с образованием кварца и гипса отмечены также в пласте И. Локально-неравномерная перекристаллизация с укрупнением зерен и образованием стекловатых разностей карналлита и сахаровидной соли зафиксированы по всему разрезу карналлитовой зоны. В интервале 90,9-94,4м обнаружено зеркало скольжения, а в интервале 197,3-197,6м - замечены трещины.

В процессе геологического изучения Дурыманского участка установлены следующие аномальные особенности строения пород:

- в 14 западном разведочном штреке (в месте его пересечения с Зырянским сдвигом) вскрыты 7 открытых трещин с шириной раскрытия от 1мм до 8мм;

- электроразведочные работы, выполненные в 14 западном разведочном штреке, зафиксировали высококонтрастную аномалию на участке его пересечения с Зырянским сдвигом;

- на 10 западной панели, при проходке разведочных штреков, вскрыты горизонтальные трещины на контакте сильвинито-карналлитовой зоны с раскрытием до 3 см и длиной до 30 м;

- при бурении подземной скважины 29 в 3 блоке 7 ВП вскрыта глина с включениями прослоек каменной соли и красного сильвинита в третьем слое пласта В. калийный рудник шахтный вскрытие

Все указанные аномальные особенности строения пород установлены в непосредственной близости от предполагаемой зоны Зырянского сдвига.

В связи с этим, по совокупности геологических признаков выделяемый в юго-восточной части шахтного поля Зырянский сдвиг отнесен к ЙЙЙ группе аномальных особенностей строения водозащитной толщи.

Расположение Зырянского сдвига и границы аномальной зоны на уровне почвы пласта Кр.ЙЙ на юго-восточном участке шахтного поля БКПРУ-2 приведено на рисунке 3.

5. Проектные решения по вскрытию, подготовке и отработке панелей и блоков

Рабочим проектом предусматривается панельно-блоковая подготовка участка с сохранением прямого порядка отработки шахтного поля в направлении от стволов к южной границе горного отвода и обратным порядком отработки в панелях и блоках от восточной границы в направлении главных выработок. Способ подготовки панелей и блоков - пластовый.

Юго-восточный участок поделен на 6 панелей: 7, 9, 11, 13, 15 и 17 восточные панели (см. рисунок 2). Панели по длине поделены на четыре блока. Ширина панелей составляет 385-420 м, блоков - 765-820 м. Для первой очереди отработки подготавливаются 7, 9 и 11 ВП с расположением групповых выработок по оси 11 ВП, для второй очереди подготавливаются 13, 15 и 17 ВП с отработкой на групповые выработки, проходимые по оси 13 ВП. В одновременной работе находятся 3 панели: в первую очередь отрабатываются 7-11 ВП, во вторую - 13_17 ВП.

Вскрытие юго-восточного участка на транспортном горизонте предусматривается с существующих главных южных выработок в районе 11 ВП (рисунок 2). На вентиляционном горизонте вскрывающие выработки примыкают к существующим обходным вентиляционным штрекам пласта Кр.II в районе 9 ВП.

Участок отделяется от главных южных выработок гидроизолирующим целиком шириной 200 м, в котором - в случае аварийного рассолопроявления на участке - сооружаются гидроизолирующие перемычки. Вскрытие участка осуществляется с учетом его гидроизоляции в соответствии с требованиями действующих нормативных документов: “Временное руководство по ликвидации возможных рассолопроявлений в калийных рудниках Верхнекамского месторождения”, “Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей. Санкт-Петербург”, “Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03-553-03”.

Прорезка гидроизолирующего целика вскрывающими выработками производится с соблюдением условий, необходимых для сооружения гидроизолирующих перемычек: выработки должны быть пройдены минимальным сечением вне зоны влияния очистных работ и вне зоны взаимного влияния, на участке с ненарушенной сплошностью окружающих пород. Вскрывающие выработки в пределах целика располагаются в подстилающей каменной соли. Групповые конвейерный и транспортный штреки проводятся комбайном Урал-20А с сечением исполнительного органа 15.3 м2, групповые вентиляционные штреки - комбайном Урал-61 (ПК-8М). Расстояние от выработок в месте установки перемычек до пласта Кр.III - не менее 7 м, до маркирующей глины - не менее 5 м. Для обеспечения строительно-монтажных работ по сооружению гидроизолирующих перемычек на групповых штреках предусматриваются горизонтальные участки длиной не менее 75 м. Предполагаемое место установки гидроизолирующих перемычек в групповых вентиляционных штреках находится на расстоянии 50 м от начала уклона на пласт АБ, в групповых конвейерном и транспортном штреках на расстоянии 50 м до границы гидроизолирующего целика.

Транспорт руды от панелей до стволов предусматривается ленточными конвейерами. В панельных и блоковых штреках устанавливаются конвейеры типа Л1000КУ, в групповом конвейерном штреке - 2Л-120В.

Подготовка выемочных блоков начинается с проходки материального уклона с группового транспортного штрека на пласты АБ и Кр.III, после чего проходятся блоковые штреки по пластам от групповых выработок до оси 7 восточной панели. Расстояние в осях между блоковыми выработками составляет 15,5 м. По пласту АБ проводятся два блоковых вентиляционных штрека сечением по 8,9 м², по пласту Кр.III проходятся блоковый конвейерный штрек сечением 20,2 м² до оси 9 восточной панели и сечением 8,9 м² от оси 9 восточной панели до оси 7 восточной панели и блоковый транспортный штрек сечением 12,8 м².

В блоковом конвейерном штреке устанавливаются конвейеры Л1000КУ. В местах перегрузки с панельных конвейеров на блоковые конвейеры устраиваются камеры перегрузки руды. Для перегрузки руды с блоковых конвейеров на групповой конвейер на 11 восточной панели сооружается бункер-накопитель.

Для подготовки на каждой из отрабатываемых панелей по пластам АБ и Кр.II проходятся транспортный и два сближенных вентиляционных штрека. Вентиляционные штреки проходятся параллельно транспортному штреку на расстоянии 70,2 м от оси панели. Через 200 м панельные вентиляционные и транспортные штреки сбиваются разрезными штреками. По пласту Кр.III проходятся транспортный и конвейерный штреки. Конвейерный штрек проходится по оси панели. С конвейерного штрека на пласт АБ бурятся рудоспускные скважины диаметром 500 мм. В конце транспортного штрека проходится вентиляционная скважина диаметром 1100 мм до почвы транспортного штрека пласта Кр.II.

На каждой панели с транспортного штрека пласта Кр.III на транспортный штрек пласта Кр.II проходятся три материальных уклона для проветривания и доставки оборудования. В центре блока проводится материальный уклон с пласта Кр.II на пласт АБ.

Для подачи свежего воздуха на пласт АБ с блокового транспортного штрека проводится материальный уклон сечением 8,9 м². Для удаления исходящей струи с пласта Кр.II вентиляционные штреки соединяются с блоковыми вентиляционными штреками пласта АБ вентиляционными уклонами сечением 8,9 м².

Проходка всех подготовительных выработок осуществляется комбайновым комплексом в составе комбайна ПК-8М (Урал-61), бункер-перегружателя БП-15 и самоходного вагона 5ВС-15М.

6. Система разработки. Обоснование параметров

Рабочим проектом сохраняется существующая на руднике камерная система разработки с поддержанием кровли на ленточных междукамерных целиках, без закладки выработанного пространства. Выбранная система разработки предопределена сложными горно-геологическими и гидрогеологическими условиями разработки месторождения и необходимостью жесткого поддержания кровли очистных камер и вышележащей толщи соляных пород.

Вышележащие породы слагают водозащитную толщу, которая защищает выработки рудника от проникновения пресных и слабоминерализованных вод через трещины, образующиеся в верхних слоях соляной толщи при деформации горных пород после очистной выемки. Необходимость жесткого поддержания толщи пород, слагающих ВЗТ, вызвана легкой растворимостью соляных пород, с целью предотвращения возникновения трещин, соединяющих водоносные горизонты и выработки рудника.

Принятая камерная система разработки предопределяет высокие показатели эксплуатационных потерь полезного ископаемого, вызванных необходимостью оставления предохранительных междукамерных целиков.

Выбор параметров системы разработки, обеспечивающих оптимальную полноту извлечения и их технико-экономическую эффективность, выполнен в составе геомеханических “Исходных данных для рабочего проекта…” в соответствии с “Инструкцией по технико-экономическому обоснованию параметров отработки пластов на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей”.

Расчет параметров системы разработки выполнен с учетом обеспечения геодинамической безопасности при отработке пластов и соблюдения требований “Указаний по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей”.

Параметры в пределах отрабатываемых участков рассчитаны для различных зон, отличающихся горно-техническими условиями разработки, с учетом наличия геологических аномалий в водозащитной толще. В рабочем проекте выполнена оценка безопасных условий подработки водозащитной толщи и объектов земной поверхности, с учетом требований, изложенных в «Указаниях по защите рудников от затопления…».

Юго-восточный участок шахтного поля БКПРУ-2 отрабатывается в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях, которые характеризуются:

- пониженной прочностью пород, слагающих сильвинитовые пласты;

- высоким содержанием нерастворимых примесей в пластах и в их коржевой части;

- расслоением породных пачек по глинистым прослоям, трещинообразованием и обрушением расслоившихся пород;

- интенсивной складчатостью сильвинитовых пластов с амплитудой до 6-10м с ассиметричным строением складок (включая появление на локальных участках «опрокинутых» складок);

- наличием Зырянского сдвига, который располагается по диагонали юго-восточного участка (и, далее, прослеживается в северо-западной части шахтного поля БКПРУ-2);

- дополнительной техногенной пригрузкой от солеотвала, расположенного в западной части юго-восточного участка.

Для охраны водозащитной толщи (ВЗТ) предусмотрены параметры системы разработки, исключающие проникновение рассолов из вышерасположенных горизонтов в горные выработки в соответствии с п.151 «Единых правил безопасности» и п. 3.1.4 «Указаний по защите рудников от затопления…», а также с учетом изменения положений «Указаний…» по допустимым условиям подработки ВЗТ, учитывающие конкретные горно-геологические и горно-технические условия отработки пластов на юго-восточном участке шахтного поля, изложенные в «Исходных данных на проектирование…».

В соответствии с «Указаниями…» предусматривается:

- отработка пластов с оставлением жестких ленточных целиков со степенью нагружения междукамерных целиков С не более 0,4;

- в пределах зоны влияния Зырянского сдвига параметры очистной выемки сильвинитовых пластов должны определяться исходя из допустимой степени нагружения междукамерных целиков [С] = 0,3 и минимально допустимой суммарной мощности ненарушенных слоёв каменной соли [М] = 20м;

- отработка пластов на полную мощность с соосным расположением камер на пластах;

- применение дополнительных мер охраны вдоль длительно остановленных и постоянных границ очистных работ.

В «Исходных данных…» рассмотрено три варианта отработки сильвинитового пласта Кр.ЙЙ на юго-восточном участке шахтного поля:

1) Отработка пласта Кр.ЙЙ с «защитной пачкой». В этом случае, в кровле пласта Кр.ЙЙ оставляется неотработанной верхняя часть пласта мощностью не менее 0,6 м;

2) Отработка пласта Кр.ЙЙ на полную мощность с забором из кровли камер коржевой соли пласта Кр.Й-Кр.ЙЙ;

3) Совместная отработка сильвинитовых пластов Кр.Й+Кр.ЙЙ (с исключением из отработки пласта АБ на площадях, где мощность пласта АБ составляет менее 2 м), включая выемку пород междупластья Кр.Й-Кр.ЙЙ.

Для определения наиболее эффективных технологических схем выемки запасов сильвинитовых пластов в «Исходных данных…» выполнено технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов системы разработки. Из рассмотренных трех вариантов отработки сильвинитовых пластов наиболее экономически эффективным является 2 вариант, предусматривающий отработку пластов АБ и Кр.ЙЙ с выемкой запасов сильвинитового пласта Кр.ЙЙ на полную геологическую мощность с подрубкой коржевой части.

Несмотря на то, что второй вариант отработки пластов АБ и Кр.ЙЙ по сравнению с первым вариантом характеризуется увеличением нерастворимого остатка в руде на 0,76%, им обеспечивается:

- наиболее высокое содержание KCl, которое составляет 31,51% и превышает аналогичный показатель в первом варианте на 1,54%;

- увеличение в 1,32 раза объема добычи руды с 1 м² балансовых запасов.

В рабочем проекте в качестве основного выбран второй вариант, обеспечивающий наибольшее извлечение полезного ископаемого.

В случае, когда из-за неустойчивой кровли, отработка пласта Кр.II на полную геологическую мощность будет невозможна, необходимо перейти на отработку с «защитной пачкой», с тем же межосевым расстоянием и проведению дополнительных мероприятий по поддержанию кровли на требуемый срок отработки камер (проходка с компенсационной щелью в кровле камер на пласте Кр.ЙЙ). При переходе на вариант c защитной пачкой меры охраны ВЗТ и объектов на земной поверхности подлежат уточнению в годовых планах развития горных работ.

Вариант отработки сильвинитовых пластов на еще не отработанной части юго-восточного участка принят в соответствии с «Исходными данными…».

На юго-восточном участке шахтного поля часть 7, 9, 11 ВП уже отработана, при этом на пласте Кр.ЙЙ были применены податливые целики. Для более плавного перехода от податливых целиков к междукамерным целикам со степенью нагружения не более 0,4, необходимо создать зоны перехода. В «Исходных данных…» предложено два варианта создания зон перехода на пласте Кр.ЙЙ - с оставлением «защитной пачки» и выемкой на полную мощность.

В настоящее время рудником БКПРУ-2 выбран и применяется вариант зоны перехода с оставлением «защитной пачки», который применяем и в данном рабочем проекте.

Параметры системы разработки, приведенные в рабочем проекте, уточняются годовыми мерами охраны в составе годовых планов развития горных работ, в зависимости от фактических горно-геологических условий в планируемый период.

Деление юго-восточного участка на зоны с различными горно-геологическими данными, а, следовательно, и параметрами отработки приведено на рисунке 3.

На очистных работах предусматривается применение комбайновых комплексов ПК-8МА (Урал-61) с сечением исполнительного органа S=8,9 м² и Урал-20Р с сечением исполнительного органа 15,5 м².

Отработка верхнего пласта производится с опережением не менее 50 м относительно нижележащего. Камеры на пластах располагаются соосно.

7. Горные меры охраны рудника и объектов на поверхности

Меры охраны рудников от затопления включают определение безопасных параметров системы разработки, защиту от проникновения надсолевых вод через шахтные стволы и геологоразведочные скважины, оставление гидроизолирующих целиков между шахтными полями и отдельными участками отрабатываемого шахтного поля, охрану зон с аномальными особенностями ВЗТ.

Рабочим проектом предусмотрены и обоснованы расчетами все необходимые меры охраны с учетом горно-геологических и горно-технических условий отработки шахтного поля рудника.

К подземным объектам и сооружениям, подлежащим охране от вредного влияния горных работ, относятся:

– водозащитная толща;

– геологоразведочные скважины;

– предохранительные целики.

При определении мер охраны учтены требования документов, разработанных после затопления рудника БКПРУ-3 в 1986 г. и аварии на руднике СКПРУ-2, происшедшей в 1995 г. (разделение шахтного поля на гидроизолируемые участки, создание зон смягчения у постоянных и длительно остановленных границ выработанного пространства, плановое наблюдение за рассолопроявлением). На планируемых к отработке площадях должны быть выполнены опережающие геолого-геофизические исследования и произведен анализ полученных данных с учетом результатов расследования аварии на БКПРУ-1 (Протокол совета Пермского межрегионального управления о рассмотрении мероприятий по устранению причин последствий аварии на БКПРУ-1 и обеспечению жизнедеятельности г. Березники. г. Пермь, 24.11.2006 г).

В качестве основной меры охраны, уменьшающей влияние горных работ на водозащитную толщу, является отработка пластов камерной системой разработки с параметрами, обеспечивающими безопасность подработки водозащитной толщи.

При разработке рабочего проекта отработки юго-восточного участка шахтного поля рудника были рассмотрены меры охраны водозащитной толщи и объектов земной поверхности.

Параметры системы разработки приняты по «Исходным данным…». На рассматриваемом участке отрабатываются два сильвинитовых пласта АБ и Кр.ЙЙ. Пласт АБ отрабатывается комбайном Урал-61 в один ход комбайна с забором коржа соли Б-В. Пласт Кр.ЙЙ отрабатывается комбайном Урал_20Р.

Юго-восточный участок шахтного поля подлежит отрабатывать в сложных горно-геологических условиях (наличие Зырянского сдвига, классифицированного как аномальная зона ЙЙЙ группы; пониженная прочность сильвинитового пласта Кр.ЙЙ; небольшая мощность пласта АБ).

Для исключения возникновения потенциально опасных ситуаций при отработке пластов на юго-восточном участке шахтного поля в «Исходных данных…», разработанных Горным институтом Уральского отделения РАН, введены дополнительные ограничения, а именно:

- допустимая степень нагружения междукамерных целиков принята равной [С]? 0,4 в отличии от требований «Указаний…» [1] для условий БКПРУ-2 [С] = 0,7;

- величина устойчивого пролёта непосредственной кровли при отработке пласта Кр.ЙЙ уменьшена до 4 м, взамен ранее принятого в «Указаниях…» 6 м;

- исключаются из рассмотрения пяти- и щестислойные разрезы ВЗТ₂ (ПКС);

- средний слой в ВЗТ₂ (обозначаемый, как правило, ПКС₂) вне зависимости от его мощности не учитывается при определении расчётного значения суммарной мощности ненарушенных слоев каменной соли в водозащитной толще М_s (п. 2.3 «Указаний…»);

- слои каменной соли в ВЗТ₃ и слои внутрипластовой каменной соли в ВЗТ₁ учитываются при определении расчётного значения суммарной мощности М_s лишь в случаях, когда мощность каждого из слоёв более 1,5 м.

Кроме того, при выборе конструктивных элементов системы разработки было учтено, что на юго-западной части участка расположен солеотвал, оказывающий пригрузку на междукамерные целики.

Проектом, в качестве основного, принят второй вариант - отработка пласта Кр.ЙЙ на полную геологическую мощность с забором коржевой соли пласта Кр.Й_Кр.ЙЙ.

В случае, когда из-за неустойчивой кровли отработка пласта КрII на полную геологическую мощность будет невозможна, необходимо перейти на отработку с «защитной пачкой», с тем же межосевым расстоянием и проведению дополнительных мероприятий по поддержанию кровли на требуемый срок отработки камер (проходка с компенсационной щелью в кровле камер на пласте Кр.ЙЙ). При переходе на вариант c защитной пачкой меры охраны ВЗТ и объектов на земной поверхности подлежат уточнению в годовых планах развития горных работ.

На отработанной площади 9, 11 ВП юго-восточного участка, где пласт Кр.ЙЙ, отработан с шириной камер а=6,1 м, степень нагружения междукамерных целиков превысила допустимое значение, равное 0,7. Для этих участков Санкт-Петербургским представительством Горного института Уральского отделения Российской Академии наук под руководством Крайнева Б.А. были разработаны «Рекомендации по оценке условий подработки водозащитной толщи и определению оседаний и деформаций земной поверхности на отработанных участках 9 и 11 ВП рудника БКПРУ-2». В рекомендациях приведена методика расчета оседаний и деформаций в краевой части мульды сдвижения, дана методика расчета опорного давления. Северная часть 11 и 13 ВП, граничащая с отработкой 2005-2006 годов, попадает в зону опорного давления. Влияние зоны опорного давления учтено при расчете параметров отработки.

Расчет мер охраны водозащитной толщи произведен на 200 лет с момента начала отработки юго-восточного участка (до 2205 года).

При рекомендованных в «Исходных данных…» параметрах системы разработки необходимо создать зоны перехода на контакте с площадью, отработанной с шириной камер на пласте Кр.ЙЙ, равной 6,1 м.

У всех скважин детальной разведки оставлены предохранительные целики. Необходимо отметить, что южная часть предохранительного целика скважины №1014 прорезана подготовительными выработками, поэтому для увеличения несущей способности прорезанного целика необходимо увеличить его размеры до площади условно не прорезанного целика.

Кроме того, когда надобность в этих подготовительных выработках исчезнет, их необходимо заложить с максимальной возможной полнотой.

Скважина №1015 расположена в зоне ускоренных оседаний от горных работ, проведённых на 9, 11 ВП, поэтому на этом участке шахтного поля необходимо проводить инструментальные наблюдения за оседаниями земной поверхности для выявления опасных ситуаций и своевременного принятия необходимых мер по их устранению. Наземные наблюдения также необходимо проводить в районе скважины №1014, целик которой прорезан подготовительными выработками. Кроме того, в руднике за скважинами №№ 1014, 1015 должны проводиться гидрогеологические наблюдения.

Предельное состояние водозащитной толщи в районе скважины № 1015 представляет потенциальную угрозу для безопасной эксплуатации рудника. Основной горнотехнической мерой охраны водозащитной толщи на отработанных участках, примыкающих к постоянной границе предохранительных околоскважинных целиков, является закладка выработанного пространства. При реализованных параметрах отработки сильвинитовых пластов в 100-метровой зоне смягчения на 11 ВП (со степенью нагружения междукамерных целиков по пласту Кр.II С>0,70) закладка выработанного пространства (с использованием существующих технологий закладочных работ) является технически неосуществимой. Для уменьшения оседания во временной краевой части мульды сдвижения на границе с 13 ВП, проектом предлагается ускорить отработку 13 ВП.

Юго-восточный участок шахтного поля отрабатывается гидроизолируемым блоком. При проверочном расчете установлено, что оставленная ширина предохранительных гидроизолирующих и междушахтного целиков удовлетворяет требованиям «Указаний…» по водонепроницаемости. Выполнен расчет предохранительного целика у выработок главного направления.

На рассматриваемом участке шахтного поля расположены объекты земной поверхности: подъездные пути на станции Балахонцы, Заполье, Березники-Сортировочная, соединительный путь, железная дорога Пермь-Березники, шламохранилище, солеотвал, галереи и другие объекты, которые будут подработаны горными работами.

В рабочем проекте рассмотрена возможность подработки объектов земной поверхности. Расчетами установлена недостаточность применяемых горных мер для защиты плотины шламохранилища. Кроме горных мер защиты, плотине необходимы и конструктивные меры защиты для той части, которая находится в зоне влияния отработки 5 восточной панели (ПК30-ПК40). Согласно проведенным расчетам введение конструктивных мер защиты на участке ПК30-ПК35 требуется в 2012 году, на участке ПК35-ПК40 в 2008 году. Указанные сроки ввода конструктивных мер охраны уточняются ежегодно по результатам натурных наблюдений за фактическими деформациями плотины. Для разработки конструктивных мер защиты должна быть привлечена специализированная организация. Для отсечной дамбы шламохранилища дополнительных мер защиты не требуется.

Деформации, полученные при расчете для железной дороги Пермь-Березники, подъездного пути на ст. Балахонцы, соединительного пути и др. не превышают допустимых значений и дополнительных мер охраны для них не требуется.

На юго-восточном участке шахтного поля расположен солеотвал. Для солеотвала выполнена оценка необходимости применения мер охраны от вредного влияния подработки, в части предотвращения подтопления и растворения его грунтовыми водами. Максимальная величина оседания на конец процесса сдвижения под солеотвалом составляет 1,98 м (зона 16 на 13ВП). Грунтовые воды в районе размещения солеотвала находятся на глубине 32 м (скв. № 213с). При оседании 1,98 м дополнительных мер охраны для солеотвала не требуется. При подработке ограждающей дамбы солеотвала также дополнительных мер охраны не требуется.

Для остальных объектов, расположенных на земной поверхности, предложенных в проекте мер охраны достаточно.

Выбранные меры охраны должны уточняться в расчетах годовых мер охраны при разработке планов развития горных работ.

Размещено на Allbest.ru