Отчет о результатах работы над диссертацией в I-м семестре (сентябрь2012 - декабрь 2012)

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ГОРНОГО ДЕЛА И ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

КАФЕДРА ГОРНЫЕ РАБОТЫ

 

 

 

 

 

 

Отчет

о результатах работы над диссертацией

в I-м семестре (сентябрь2012 - декабрь 2012)

 

 

 

 

 

 

Тема диссертации: Охрана и поддержание демонтажных выработок и призабойного пространства в завершающей стадии доработки выемочного столба в условиях

                                          ОАО «Беларуськалий»»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель: д.т.н. Губанов В.А.                                   _________

                                                                                   

 

Выполнил:  магистрант Мозговенко М.С.                                       _________

 

Содержание

 

1. Актуальность темы диссертации…………………………………………6-8

2. Краткая горнотехническая и горно-геологическая характеристики разработки калийных пластов на рудниках ОАО "Беларуськалий" столбовой системой разработки………………………………………….9-10

2.1. Физико-механические свойства соляных пород………………………10-12

2.2. Способы проведения, крепления  и охраны горных выработок  в 

калийных   рудниках……………………………………………………..…..12-13

2.3. Классификация  горных пород по условию устойчивости  при их обнажении………………………………………………………………....13-14

3. Расчет устойчивости демонтажных выработок при очистной выемке Третьего калийного пласта лавами в зависимости от их размеров, привязки кровли относительно пласта, ширины охранных целиков

(на примере лавы № 87 рудника 1 РУ)……………………………………..15-21

Заключение…………………………………………………………………...22

Список использованных источников………………………………...……..23-24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НОРМАТИВНЫЕ  ССЫЛКИ

 

В работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

1 ГОСТ 7.32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Структура и правила оформления промежуточного или заключительного отчетов по научно-исследовательской работе.

2 ГОСТ 21153.2-84. Межгосударственный стандарт. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии.

3 Методические рекомендации по  внесению изменений в Государственный реестр научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, возникающих при оптимизации программ научных исследований. Комитет по науке и технологиям при Совете Министров Республики Беларусь. Государственное учреждение «Белорусский Институт системного анализа и информационного обеспечения научно-технической сферы» (ГУ «БелИСА).

4 Горное дело. Терминологический  словарь. – М., «Недра». – 1990. – 656 с.

5 Указ Президента Республики  Беларусь № 356 от 25 мая 2006 г.  О государственной регистрации научно-исследовательских, опытно-конструкторских и опытно-технологических работ.

6 Инструкция по охране и креплению  горных выработок на Старобинском месторождении. – Солигорск-Минск, 2010. – 125 с.

7 Инструкция по применению систем  разработки на Старобинском месторождении. – Солигорск-Минск, 2010. – 152 с.

8 Правила технической безопасности  при разработке подземным способом  соляных месторождений Республики Беларусь. – Мн.: МОУП «Слуцкая укрупненная типография». – 2006. – 162 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

В работе применены следующие основные термины с соответствующими определениями.

Горная выработка    −	сооружение в недрах Земли или на ее поверхности, созданное в результате ведения горных работ и представляющее собой полость в массиве горных пород.
Горная  порода       −	устойчивая по составу  и строению природная ассоциация одного или нескольких минералов или минеральных агрегатов.
Демонтажная выработка   −	горная выработка, которая  проводится в заключительной стадии доработки выемочного столба параллельно забою лавы заранее или после остановки забоя лавы и служит для демонтажа забойного оборудования в низких лавах с использованием производительной автотракторной и другой техники.
Кровля  пласта      −	горные породы, залегающие непосредственно над пластом  полезного ископаемого.
Обрушаемость пород кровли  −	способность пород кровли обрушаться (зависать) после передвижки забойной крепи.
Полезное ископаемое  −	минеральное образование, используемое либо непоcредственно в сфере материального производства, либо для извлечения химических элементов и их соединений.
Породный массив   −	часть земной коры, подверженная влиянию горных работ.
Предел прочности пород на одноосное  сжатие  −	условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению испытываемого материала, определенное в соответствии с ГОСТом.
Призабойное простран- ство −	пространство внутри очистной выработки, между очистным забоем и забойной (специальной) крепью, ограждающей очистную выработку (забой) от выработанного пространства, которое служит для размещения выемочных машин, средств до- ставки, забойной крепи и работающих в лаве людей, а также для обеспечения вентиляции.
Сопротивление элемен- тов механизированной крепи  −	усилие, развиваемое в  элементах крепи в процессе ее работы. Различают:      − номинальное сопротивление гидростойки – среднее усилие, развиваемое при срабатывании предохранительного клапана;     − сопротивление секции механизированной крепи номинальное среднее усилие, развиваемое секцией крепи при срабатывании предохранительных клапанов гидростоек (двух, четырех);     − удельное сопротивление механизированной крепи номинальное – отношение номинального сопротивления секций крепи к площади кровли, поддерживаемой этой секцией;     − удельное сопротивление механизированной крепи фактическое – отношение суммарного фактически развиваемого сопротивления секциями крепи в очистной выемке (забое) к площади кровли, поддерживаемой этими секциями.
Устойчивость горной выработки   −	способность выработки в течении  всего срока эк-сплуатации сохранять заданные (проектные) размеры и форму.

 

 Все обозначения  в данной работе выполнены  и приведены в соответствии с Международной системой СИ.

 

В работе использованы следующие  сокращения.

 

Гор.-430 м  –	глубина  калийного  горизонта относительно уровня Балтийского моря.
ЗАО «СИПР с ОП»  –	Закрытое Акционерное  Общество «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством».
ОАО «Беларуськалий»  –	Открытое Акционерное  Общество «Беларуськалий».
1 РУ, 2 РУ, 3 РУ  −	Соответственно Первое, Второе и Третье рудоуправления.
ЧУП «Институт горного  дела»   -	Частное  Научно-производственное Унитарное Предприятие «Институт горного дела».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. АКТУАЛЬНОСЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ

 

В настоящее время на рудниках 1 РУ, 2 РУ, 3 РУ ОАО «Беларуськалий» начаты испытания нового способа ведения демонтажа забойного оборудования в низких лавах, где вынимаемая мощность слоя составляет 1,1-1,4 м. До недавнего времени демонтаж забойного оборудования (при доработке выемочного столба) в таких лавах выполнялся из остановленного призабойного пространства лавы высотой не более 1,4 м, то есть в весьма  стесненных условиях. Забойное оборудование (забойная крепь, очистной комбайн, конвейер), в основном, имеет большие размеры и вес. Передвижка и транспортировка  забойного оборудования по призабойному пространству до бортовых штреков лавы выполнялись с помощью лебедок различной конструкции, что в свою очередь требует определенных затрат на их установку и перенастройку. При демонтаже забойной крепи, для поддержания выработанного пространства в районе демонтируемых  секций, необходимо использование деревянных стоек, доставка которых затруднена из-за ограниченных размеров призабойного пространства.

Первые попытки проведения демонтажных  выработок в условиях Третьего горизонта  были предприняты в 1991 - 1993 г.г. при изучении устойчивости подготовительных выработок в зоне временного опорного давления[1,2,3]. Крепление исследовательских выработок в тот период выполнялось анкерной крепью и установкой деревянных стоек. При этом были испытаны различные привязки кровли относительно пласта, например, с оставлением в кровле 0,15-0,3 м III сильвинитового слоя, с привязкой под соль III-IV, под IV сильвинитовый  слой, с оставлением в кровле верхней пачки IV сильвинитового слоя, с оставлением в кровле I сильвинитового слоя(полевая подготовка). Из всех испытанных способов поддержания подготовительных выработок, только их проведение под пластом обеспечивало их полную сохранность, во всех остальных случаях выработки разрушались при подходе забоя лавы на расстояние 5-10 м. В середине 90-х на Старобинском месторождении стал активно и эффективно применяться способ охраны горных выработок с помощью компенсационных щелей[4,5,6], который позволил вновь вернуться к решению вышеизложенной задачи.

Данные проблемы можно решить путем проведения параллельно забою лавы на всю длину специальной выработки, которую назвали демонтажной.  В зависимости  от  места  и времени проведения демонтажной выработки в данной работе будут рассмотрены два варианта ее проведения:

− первый вариант – демонтажная выработка проходится вприсечку к уже остановленному забою лавы;

− второй вариант – демонтажная выработка проходится заранее, за зоной влияния очистных работ демонтируемой лавы. Затем демонтируемая лава своим забоем вскрывает демонтажную выработку.

Успех новых способов демонтажа  оборудования в названных вариантах будет  зависеть от устойчивости вновь образованной широкой выработки, ограниченной с одной стороны дальней (по отношению к забою лавы) стенкой  демонтажной  выработки, а с другой – концевой (завальной) частью верхняка забойной крепи. Устойчивость участка, образованного проведением демонтажной выработки и призабойным  пространством лавы в свою очередь  будет зависеть:

− от привязки кровли относительно пласта;

− от типа крепи и способов охраны демонтажной выработки;

− от типа забойной крепи и способов дополнительного (при необходимости) крепления призабойного пространства;

− от времени выполнения демонтажных  работ.

Актуальность выполнения вышеизложенных работ определяется еще и тем, что в существующих и действующих  на Старобинском месторождении калийных солей нормативных документах [7, 8] отсутствуют позиции, связанные с определением мест заложения демонтажных выработок относительно пласта (как и нет самого понятия  демонтажная выработка), а также методики расчета и выбора крепи на данных участках. Исходя из этого основной целью работы является разработка рекомендаций по проведению и расположению демонтажных выработок относительно пласта и забоя демонтируемой лавы, а также разработка методики расчета крепи на расширенном участке, образованном демонтажной выработкой и призабойным пространством. Для достижения поставленной цели необходимо решить в шахтных условиях следующие задачи:

− исследовать характер нагружения забойной крепи и конвергенцию призабойного пространства при подходе к линии  остановки лавы на демонтаж и при отсутствии влияния демонтажной выработки;

− исследовать характер деформирования контура демонтажной выработки (второй вариант) за зоной и в зоне влияния очистных работ демонтируемой лавы и оценить эффективность проектных решений по ее охране и креплению;

− оценить характер деформирования вновь образованной широкой выработки (демонтажная выработка + призабойное  пространство лавы), характер нагружения забойной крепи и конвергенцию призабойного пространства в процессе проведения демонтажной выработки (первый вариант), а также в процессе выполнения демонтажных работ;

− на основании проведенных исследований разработать рекомендации по проведению и поддержанию демонтажных выработок, методику расчета крепи вновь  образованной широкой выработки.

В работе приведены результаты первого этапа исследований − оценка горнотехнических и горно-геологических условий проведения демонтажных выработок.

 

 

 

Автор выражает  благодарность  д.т.н. Петровскому Б.И.,

д.т.н. Губанову В.А., к.т.н. Полякову А.Л. за предоставленный материал по раннее выполненным на Старобинском месторождении исследованиям проявлений горного давления, который использовался при написании данного отчета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КРАТКАЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКАЯ И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ НА РУДНИКАХ ОАО "БЕЛАРУСЬКАЛИЙ" СТОЛБОВОЙ СИСТЕМОЙ РАЗРАБОТКИ

Разработка соляных  месторождений подземным способом обладает спецификой, определяемой свойствами добываемого сырья. Основным свойством  минеральных солей с которым необходимо считаться является их хорошая растворимость в воде и ненасыщенных рассолах, что предопределяет требование непроникновения воды в горные выработки, а соответственно обуславливает и определенные требования к применяемым на месторождении систем разработки.

Освоение Старобинского месторождения  началось в 1961 году с применения камерной системы разработки, которая характеризовалась  сравнительно низким содержанием  KCl в добываемой руде и большими потерями руды в недрах, достигавшими 68%. Это потребовало дальнейшего совершенствования систем разработки. Начиная с 70-х годов на месторождении применяется столбовая система разработки. За прошедший период разработан, испытан и внедрен  ряд технологических схем с валовой и селективной выемкой пластов длинными очистными забоями, которые позволили: значительно повысить качество добываемой руды, снизить затраты на обогащение руды на фабриках и на складирование отходов, сократить потери полезного ископаемого в шахте, уменьшить деформации земной поверхности и сократить связанные с ними затраты, повысить производительность труда.

Третий калийный горизонт распространяется на всей территории месторождения и  состоит из трех пластов: верхнего сильвинитового (о включениями карналлита), среднего глиниото-карналлитового и нижнего сильвинитового. Мощность верхнего пласта изменяется от I до 4,5 м, среднего - от 4,5 м до 17 м, нижнего - от 7 до 8 м. Промышленным является нижний пласт, состоящий из шести (считая снизу вверх) сильвинитовых олова, разделенных слоями каменной соли. Как в сильвинитовых, так и в галитовых сдоях имеются глинистые (галопелитовые) прослойки, мощность которых, в среднем, возрастает в направлении к кровле пласта и в восточном, северо-восточном направлениях по площади месторождения. В пределах 1У слоя имеют место включения гнезд карналлита  глинисто-карналлитовой породы. На месторождении, в основном, разрабатываются II, III и 1У сильвинитовые слои е суммарной мощностью 4-4,5 м, содержанием КСl 21-24% и н.о. 2-10%.В пределах горных отводов рудников 3 и 4-го РУ ОАО "Беларуськалий" часто имеет место замещение V и VI сильвинитовых слоев галитом, карналлитом и глинисто-карналлитовыми разностями пород, что увеличивает здесь мощность среднего глинисто-карналлитового пласта Третьего калийного горизонта.