CC BY
22
© А.И. Сскунпов, A.C. Каменских, Д.С. Чсрнопазов, 2014
УДК 622.232
А.И. Секунцов, А.С. Каменских, Д.С. Чернопазов
К ВОПРОСУ О СОВМЕСТНОЙ РАЗРАБОТКЕ НЕКОНДИЦИОННЫХ ПО МОЩНОСТИ СИЛЬВИНИТОВЫХ ПЛАСТОВ Вс И АБ НА ШАХТНЫХ ПОЛЯХ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ
Представлены технологические схемы отработки некондиционных по мощности сильвинитовых пластов АБ и Бс, с различной степенью механизации. Выполнена геомеханическая оценка разработанных технологических схем выемки некондиционных сильвинитовых пластов.
Ключевые слова: Верхнекамское месторождение калийных солей, некондиционные сильвинитовые пласты, селективная выемка, комбайн с барабанным исполнительным органом, трехпластовая отработка.
Лобыча калийных солей на Верхнекамском месторождении (ВКМКС) осуществляется с применением камерной системы разработки с раздельной выемкой сильвинитовых пластов. Для сохранения сплошности ВЗТ применяется камерная система разработки с поддержанием кровли на «жестких» ленточных целиках. К недостаткам камерной системы разработки относятся сравнительно большие потери полезного ископаемого в недрах, которые составляют 40-70 %. Одним из подходов, позволяющих повысить степень извлечения полезных ископаемых и увеличить рудную базу действующих рудников, является вовлечение в отработку некондиционных по мощности пластов АБ и Вс.
Стоит отметить, что по площади залегания указанных пластов, обладающие некондиционной мощностью, как правило, совпадают. Таким образом, исключение из отработки одного из пластов подразумевает его неизбежную потерю для отработки. В
этой связи, условию рационального освоения недр отвечает совместная выемка пластов АБ и Вс.
На рудниках ВКМКС пласты, мощность которых составляет менее 2,0 м, относятся к некондиционным [1]. Применяемое в настоящее время на рудниках оборудование не позволяет включать такие пласты в отработку, из-за пресечения значительного объема пустых пород, что значительно ухудшает качество добываемой руды.
В результате выполнения анализа геологических данных выявлено, что в условиях ВКМКС значительные объемы запасов сильвинитовой руды выведены за рамки балансовых в связи с некондиционной мощностью пластов АБ и Вс. При этом содержание KCl на пласте АБ может варьироваться от 30 до 50 %, на пласте Вс от 25 до 30 %. Мощность некондиционного пласта Вс в среднем составляет 1,5 м, мощность пласта АБ в среднем составляет 1,7 м.
Основным критерием для выбора технологии вовлечения в отработку
некондиционных пластов АБ и Вс является мощность технологического междупластья каменной соли Б-В. Предполагаем, что раздельная выемка пластов АБ и Вс рассматривается при мощности междупластья Б-В более 2,0 м, при мощности междупластья Б-В менее 2,0 м рассматривается совместная выемка, что обусловлено условием безопасности ведения горных работ [2].
Рассмотрены следующие варианты возможных технологий отработки некондиционных пластов АБ и Вс:
- совместная выемка пластов Вс и АБ с применением комбайна с барабанным исполнительным органом;
- совместная выемка пластов Вс и АБ с применением комбайна «Урал-20»;
- раздельная выемка пластов Вс и АБ с применением комбайна «Урал-10»;
- раздельная выемка пластов Вс и АБ с применением комбайна с барабанным исполнительным органом.
- совместная выемка пластов Вс и АБ с применением комбайна «Урал-10».
Оценка эффективности выемки некондиционных пластов АБ и Вс велась для условий равенства межосевого расстояния по отрабатываемым пластам, определяемого по параметрам отработки пласта Красный II, ввиду его высшего приоритета.
В связи с созданием проходческо-очистных комбайнов с барабанным исполнительным органом рассмотрена эффективность применения селективной выемки некондиционных по мощности сильвинитовых пластов АБ и Вс, [3, 4].
Основные положения для варианта 1. Отработку пластов предполагается вести комбайном с барабанным исполнительным органом в комплексе с самоходным вагоном 10ВС-15.
Возможно два принципиальных варианта ведения очистных работ:
Совместная отработка сильвинито-вых пластов Вс и АБ в два этапа. Первый этап заключается в селективной выемке пластов Вс и межпластовой соли Б-В. Суммарная мощность пластов Вс и межпластовой соли Б-В не должна превышать 3,1 м. Вторым этапом дорабатывается пласт АБ. Выемка запасов руды в камере производится заходка-ми по 5 м, начиная с пласта каменной соли Б-В на всю мощность, и «коржа», залегающего над кровлей пласта АБ. Каменная соль размещается в ранее отработанные камеры. Затем вынимается пласт Вс на полную геологическую мощность. Отработка двух пластов ведется короткими заходками на всю длину камеры. После чего комбайн отгоняется, и вторым этапом дорабатывает пласт АБ на всю длину камеры. Ширина камеры составляет 5,5 м. Высота камеры может достигать до 6,0 м (рис. 1).
Совместная отработка сильвинито-вых пластов Вс и АБ в нисходящем порядке. Данная технология подходит для выемки пластов в условиях, характеризующихся мощностью между-пластья Б-В до 2 м, что не позволяет применять валовую выемку, и достаточной мощностью пласта Вс, что в свою очередь, не позволяет принимать рассмотренную выше технологию. Отработку предполагается вести в 3 этапа. На первом этапе отрабатывается пласт Вс на полную геологическую мощность. Отработка ведется короткими заходками на всю длину камеры. Второй этап - отработка пласта каменной соли Б-В совместно с «коржами» короткими заходками на всю длину камеры. Третий этап - отработка пласта АБ (рис. 2). Ширина камеры составляет 5,5 м. Высота камеры может достигать 6 м.
Необходимо отметить, что в условиях значительной высоты камер и большей ширины камер (5,5 м) увели-
Рис. 1.Отработка пластов АБ и Вс в два этапа
чивается степень нагружения междукамерных целика.
Основные положения для варианта 2. Отработка некондиционного по мощности пласта Вс совместно с пластом АБ комбайном «Урал-20» приводит к разубоживанию руды, которое будет составлять от 30 до 50 % от объема отбиваемой горной массы. Кроме того, при проходке второго хода по
высоте величина наложения ходов по высоте будет больше половины высоты исполнительного органа. При большем наложении исполнительный орган комбайна испытывает неравномерные нагрузки, что может привести его к быстрому выходу из строя. Данные условия позволяют сделать вывод о неэффективности использования данной технологии.
Основные положения для вариантов 3, 4. При раздельной выемке пластов АБ и Вс должно обеспечиваться кондиционное содержание полезного вещества в руде, добываемой с пластов. При этом минимальная высота камеры составляет И = 2,2 (2,3) м (для комбайна «Урал-10») и И >1,3 м (для комбайна с барабанным исполнительным органом). В дальнейшем, для конкретных условий, необходимо выполнять геомеханическую оценку на выбранных участках, где предполагается трехпла-стовая выемка.
При раздельной выемке пластов АБ и Вс исключается из выемки междупластье Б-В, что снижает себестоимость отбитой руды. Сокращение доли пресекаемой каменной соли достигается за счет использования комбайновых комплексов меньшего поперечного сечения с минимальной высотой камеры, составляющей И = 2,2 (2,3) м (для комбайна «Урал-10») и И >1,3 м (для комбайна
—I— —I— —■— —|— —|— —|— —|— —I— —■— —|— —I— —I— —■— —|— —|— —■— —I— —I— —■— —■— —■— —I— —■— —|— —■- —
—|- —I— —■— —■— —■— —|— —|— -■— —■— —■— —|— -■— —|— —|— —|— —|— —|— —■— —I— —|— —|— —■— —I— —|— —|— —|—
+ + + +
7771
15,5,
h + +
Пласт В
Пласт АБ
f^y^VxV/^ Пласт Кр.1
Пласт Kp.II
Пласт Кр.Ш
Ч А, А А А ;
Рис. 2. Отработка пластов Вс и АБ в нисходящем порядке
с барабанным исполнительным органом).
Однако такой подход накладывает значительные ограничения на мощность технологического междупла-стья, которое согласно нормативным документам должно составлять m > 1,5 м [2], и обладать достаточным сроком устойчивого состояния [5].
Основные положения для варианта 5. Совместную выемку пластов возможно осуществлять комбайном «Урал-10» минимального типоразмера с высотой выработки 2,2 (2,3) м в комплексе с самоходным вагоном 10ВС-15 и бункером-перегружателем БП-15.
Эффективность совместной выемки пласта Вс и АБ определяется кондиционностью отбиваемой в процессе выемки пласта Вс руды одним ходом комбайна «Урал-10» с учетом подрезки пластов каменной соли Б-В и В-Г. В этой связи принята минимальная кондиция по KCl (по верхнему ходу), равная 21 %. Первым ходом отрабатывается пласт Вс. В зависимости от мощности пласта Вс прирезаются породы пластов В-Г и Б-В. После чего комбайн отгоняется и вторым ходом отрабатывается межпластовая камен-
ная соль Б-В. Вынимаемая каменная соль пласта Б-В складируется в ранее отработанные камеры. Третьим ходом отрабатывается пласт АБ (рис. 3).
При совместной отработке пластов Вс и АБ высота камеры может достигать 6 м, поэтому при зарубке на очистную камеру в горловинах будут повышенные потери запасов. Для уменьшения потерь блоковые штреки проводятся в два слоя по высоте. Первый слой проходится по пласту Вс и межпластовой каменной соли Б-В, с которого ведется зарубка на горловину камеры и отрабатывается верхний слой. Затем вторым слоем отрабатывается междупластовая каменная соль Б-В. После чего комбайн отгоняется и проходится второй слой, с которого будет вестись отработка нижнего слоя (рис. 3, разрез А-А), [1].
Расчетная производительности комбайна «Урал-10» в комплексе с бункером-перегружателем БП-15 и самоходным вагоном 10ВС-15 по горной массе составляет 440 т/смену, по руде - 320 т/смену.
Геомеханические расчеты были выполнены для конкретного участка, расположенного в южной части ВКМКС.
План пи пласту АЬ и Вс
План по пласту Красный II
............ у.. . ...
О
г-л-Д-:';
: ...
3___Л •
- -I Г|.№'| ЛЬ
Условные обозначения
I Сильвинит пестрый
_] Сс1ЛЬН11Н1|Т НО.'ЮСЧЗТЫЙ
• I: Снльшшн* красный
Каыенная соль
/
-ли: | |
П~2
-^ Серная струя воиу1£
--МсхиаНШЭЯ «."ТруЧ ВиЗДуКЦ
I Нпп |Щ[1111 и: фро}гга ачисгмы 1 рамуг
Рис. 3. Технология отработки некондиционных пластов АБ и В, , и пласта Красный II
1 - очистная камера по пласту АБ; 2 - выемочный и конвейерный штреки по пласту АБ; 3 - рудоспускная скважина; 4 - граница панели (блока); 5 - очистная камера по пласту Красный II; б - выемочный и конвейерный штреки по пласту Красный II; 7 - разгрузочная сбойка по пласту АБ; 8 - разгрузочная сбойка по пласту Красный II; 9 - очистной комбайн «Урал-10»; 10 - бункер-перегружатель БП-15; 11 - самоходный вагон 5ВС-15М; 12 - очистной комбайн «Урал-20Р»; 13 - бункер перегружатель БП-25;14 - самоходный вагон ВС-30; 15 - ВМП
Геомеханическая оценка применимости рассмотренных вариантов отработки некондиционных пластов Вс и АБ выполнена для условий южной части ВКМКС.
В результате выполненных геомеханических исследований установлено, что применение комбайна «Урал-20» и комбайна с барабанным исполнительным органом приводит к ненормативным значениям степени на-гружения междукамерного целика при совместной выемке пластов Вс и АБ. С другой стороны, раздельная выемка пластов приводит к условиям, характеризующимся пониженной устойчивостью технологического меж-дупластья, и как следствие, условиям благоприятным к формированию высоких податливых целиков. Таким образом, указанные подходы исклю-
чают их применение в указанных горнотехнических условиях.
Таким образом, единственным возможным вариантом отработки некондиционных пластов АБ и Вс является их совместная выемка комбайном «Урал-10» в один ход по ширине. Данный вариант удовлетворяет условиям по степени нагружения, изложенным в [4].
В условиях трехпластовой отработки, очистные камеры по всем отрабатываемым пластам подлежат обязательной закладке при степени заполнения А > 0,75. При степени нагружения С > 0,35, срок отставания фронта закладочных работ от очистных не должен превышать 2 лет.
Окончательное решение о вовлечении в отработку пласта Вс необходимо принимать после выполнения экономической оценки.
1. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках ОАО "Сильвинит" / ред. В. А. Соловьев; ОАО "Галургия". - Новосибирск: Наука, 2011. -487 с.: 310 ил. - Библиогр. 141 назв. - ISBN 978-5-02-018998-0 : 200 р.
2. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей» (Технологический регламент), Санкт- Петербург, 2008 г.
3. Соловьев В. А. Разработка и применение технологии выемки сильвинитовых пластов с регулярным оставлением столбчатых целиков на Верхнекамском месторождении калийных солей / Соловьев В. А.,
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Секунцов А. И., Чернопазов Д. С. // Известия УГГУ. - 2013 - 4 (32). - С. 41-46.
4. Секунцов А.И. Технологические и геомеханические аспекты вовлечения в разработку некондиционного по мощности сильвинитового пласта АБ на шахтных полях ОАО «Уралкалий» / А.И. Секунцов // Проблемы разработки углеводородных и рудных полезных ископаемых. Тезисы докладов VI Всероссийской конференции. -2013. - С. 53.
5. Технологический регламент по охране и креплению горных выработок на рудниках ОАО "Уралкалий" / ОАО "Галургия"; рук. В.А. Соловьев. - Пермь ; Березники, 2012. - 176 с.ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Секунцов Андрей Игоревич - аспирант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ, научный сотрудник лаборатории геодинамической безопасности, «Галургия», e-mail: [email protected]).
Каменских Анна Сергеевна - инженер лаборатории геодинамической безопасности, «Галургия», e-mail: [email protected].
Чернопазов Дмитрий Сергеевич - научный сотрудник лаборатории геодинамической безопасности «Галургия», e-mail: [email protected]
UDC 622.232
ON CONJOINED MINING OFF-GRADE SYLVINITE SEAMS Vs AND AB WITHIN THE MINE FIELDS IN THE UPPER KAMA BASIN POTASH DEPOSIT
SekuntsovA., Graduate Student, Scientific Researcher, laboratory of geodynamic safety, e-mail: [email protected]).
Kamenskikh A., Engineer, Scientific Researcher, laboratory of geodynamic safety, e-mail: [email protected]
ChernopazovD., Researcher, e-mail: [email protected], OJSC Hallurgy, Perm, Russia
Technological schemes of the off-grade sylvinite seams AB and Vs mining techniques in the Upper Kama Basin Potash Deposit are presented. Geomechanical estimation of the off-grade sylvinite seams mining technological schemes was carried out.
Key words: the Upper Kama Basin Potash Deposit, off-grade sylvinite seams, selective mining, miner equipped with the cutter drums, three seams mining.
REFERENCES
1. Solov'ev V.A. Metodicheskoe rukovodstvo po vedeniyu gornykh rabot na rudnikakh OAO "Silvinit" (Instructional guidelines on mining at Silvinit JSC). OAO "Galurgiya". Novosibirsk. Nauka, 2011. 487 p.
2. Ukazaniya po zashchite rudnikov ot zatopleniya i okhrane podrabatyvaemykh ob"ektov v usloviyakh Verkhnekamskogo mestorozhdeniya kaliinykh solei» (Guidelines for mine flooding protection and preservation of undermined objects in the conditions of the Upper Kama potash salt deposit (production procedures) (Tekhnologicheskii reglament), Sankt-Peterburg, 2008.
3. Solov'ev V.A., Sekuntsov A.I. Razrabotka i primenenie tekhnologii vyemki silvinitovykh plastov s regu-lyarnym ostavleniem stolbchatykh tselikov na Verkhnekamskom mestorozhdenii kaliinykh solei (Development and application of sylvinite extraction with regular pillars at the Upper Kama potash salt deposit). Chernopazov D.S. Izvestiya UGGU. 2013, 4 (32). p. 41-46.
4. Sekuntsov A.I. Tekhnologicheskie i geomekhanicheskie aspekty vovlecheniya v razrabotku nekon-ditsionnogo po moshchnosti silvinitovogo plasta AB na shakhtnykh polyakh OAO «Uralkalii». Problemy raz-rabotki uglevodorodnykh i rudnykh poleznykh iskopaemykh. (Technological and geomechanical aspects of mining sylvinite seam AB off-grade in terms of thickness within the bounds of Uralkali JSC minefields). Tezisy dokladov VI Vserossiiskoi konferentsii. 2013. p. 53.
5. Solov'ev V.A. Tekhnologicheskii reglament po okhrane i krepleniyu gornykh vyrabotok na rudnikakh OAO "Uralkalii". (Production procedure for mine working safety and support in Uralkali JSC mines). OAO "Galurgiya", Perm'; Berezniki, 2012. 176 p.
A
