CC BY
32
УДК 622.273.2 Х.И. Аглюков
УСТОЙЧИВОСТЬ ГИДРОЗАКЛАДОЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ ПОД ПОСЁЛКОМ ЖЕЗКАЗГАН
Семинар № 17
Месторождения ЖГМК представлены пологопадающими рудными телами мощностью от 0,5 до 30-40м, при этом более половины запасов концентрируется на залежах средней мощностью 8-10м, на мощных участках сосредоточено не более 15% запасов. Среди других особенностей Жезказганского месторождения: многоярусность, или многоэтаж-нось оруденения при различной степени перекрытия залежей и различной мощности междупластия, разобщенность рудных тел и сравнительно небольшое разнообразие литологического состава пород. На месторождении широко распространены: серый песчаник (рудный, безрудный), красный песчаник и алевролит. Обводнённость месторождения невысокая, приток воды в действующих шахтах не превышает 18-26 м/с. Месторождения отрабатываются традиционной камерно-столбовой системой разработки. Для поддержания налегающей толщи пород в выработанном пространстве регулярно по сетке 20x20 м оставлены междукамерные целики. Средние размеры панелей 150x300 м, ширина панельных целиков от 15 м. Значительная часть месторождений ЖГМК находится в охранных целиках, так ЗЖР - пос. Жезказган; ЮЖР - территория кладбища, ВЖР - закладочный комплекс «Анненский-1», автодороги, ЛЭП, водоводы.
Отработка запасов ЗЖР под пос. Жезказган была завершена в 1970 -1975гг. Среднее время устойчивого состояния целиков на месторождении составляет от 30 до 40 лет. Состояние выработанного пространства под пос. Жезказган оценивается по результатам регулярных визуальных наблюдений. Проводятся инструментальные наблюдения за сдвижением земной поверхности по профильным линиям проводимых КазНИМИ и СГМС МГУ, а также непрерывный контроль за проявлениями опорного давления системой автоматизированного контроля МОБОДБ. Датчики установлены по периметру посёлка. Признаков активного площадного развития процесса сдвижения земной поверхности в пределах рассматриваемого участка посёлка с явно выраженной мульдой не наблюдается. Максимальные оседания за весь период наблюдений составило - 4,8 мм по реперу 21 (пр. линия 77), -14,2 мм по реперу 3 и -6,2 мм по реперу 8 (пр. линия 78). Весь комплекс мониторинга по району пос. Жезказган показывает, что выработанное пространство и налегающая толща пород находятся в устойчивом состоянии. По результатам мониторинга корпорацией «Казахмыс» было принято решение о сохранности пос. Жезказган. С этой целью начали закладку выработанного пространства. Первоначально закладка осуществлялась по-
родной закладкой с возведением по-родно-целиковых полос. Однако низкие темпы закладки и обострение проблемы утилизации хвостов обогатительной фабрики повлияли на решение о переходе на гидрозакладку. Объёмы гидрозакладки постоянно наращиваются с момента пуска закладочного комплекса.
В 2005 г объём гидрозакладки составил около 400 тыс. м3, планируемый на 2006 г - свыше 1 млн м3. Полугодовой план гирозакладки на 2006 г (530 тыс. м3) и годовой план - выполнены в полном объёме. Программа гидрозакладочных работ, начиная с 2006 г, предполагает резкое увеличение объёмов гидрозакладки, таблице. Истекший год явился фактически прорывным в плане наращивания объёмов гидрозакладки.
Гидрозакладочные работы в настоящее время производятся на трёх рудниках - Южном (ЮЖР), Западном (ЗЖР) и Восточном (ВЖР).
Г идрозакладочные работы на
ЖГМК осуществляются с помощью автоматизированного гидрозакладочного комплекса. Годовая производительность закладочного комплекса по принятому гранулометрическому составу - 1392 тыс. м3, среднесуточная -3813 м3, среднечасовая производительность 190 м3, при круглосуточной работе (20 часов чистого времени). Схема доставки закладки включает поверхностную распределительную сеть, из магистрального (0 273 мм) и участковых (0 219 мм) трубопроводов (стальные цельнотянутые), разделенных 9 распределительными устройствами (РУ), управляемыми автоматически с закладочного комплекса. Поверхностный трубопровод периодически поворачивается на 120° после транспортировки от 1000 тыс. м3. Перепуск гидрозакладки с поверхности осуществляется по скважинам
диаметром 320 мм, обсаженных трубами.
Однако, несмотря на устойчивое состояние, наблюдается негативное воздействие гидрозакладки на устойчивость массива, вследствие размока-ния включений красного песчаника.
Закладка выработанных пространств Центральной и Южной частей пос. Жезказган производится в восходящем порядке, в соответствии с проектом института «ЖезказганНИ-ПИцветмет» составленным по рекомендациям КазНИМИ. В первоначальном варианте закладка Центральной и Южной частей пос. Жезказган производилась сухой породной закладкой. В первую очередь закладывались панели 5 и 5а залежи ПЮЗ -6-II и район МКЦ - штрек 1 залежи ПЮЗ-7-1. Следующими по очередности местами закладки являлись панели 2бис, 2 и 4, залежи ПЮЗ -6-11 и панель
1, блок 5547, залежи ПЮЗ -6-1в. Ослабленных участков под пос. Жезказган в соответствии с экспертным заключением, выполненным институтами ЖНИПИцветмет, КазНИМИ, ИГД им. Д.А. Кунаева и МГУ в 1996-97гг. не выявлено. Объём закладки под Южной частью посёлка с учётом ранее заполненных панелей составляет 1051,8 тыс.м3.
Глубина отработки панели № 1 составляет 180 м, параметры первой панели 160x290 м, высота 8,0-6,0м. Кровля представлена красноцветными породами с переслаивающимися красными и серыми песчанками. Красный песчаник относится к группе мелкозернистых песчаников с бурыми гидроокислами железа с примесью глинистого и слюдяного материала, количество которого не превышает 15-20 %. В результате длительного воздействия влаги красный песчаник размокает и утрачивает прочностные свойства. В субемеридианальном на-
Пятилетняя программа гидрозакладочных работ на ЖГМК
Залежь Объём Объём за- Планируемый объём закладки по го- Объём Оста-
пустот, кладки на дам, тыс. м3 закладки, ток
тыс. м3 01.01.06 г. 2006 2007 2008 2009 2010 всего, 3 тыс. м пустот, 3 тыс. м
ЗЖР, под посёлком 3804 663 719 630 586 356 234 2526 615
Всего по ЗЖР 4104 726 808 712 594 356 234 2706 671
ВЖР 872 235 155 155 96 96 96 539 97
ЮЖР 2670 956 428 288 189 144 189 1199 515
Всего по корпорации 7646 1918 1392 1156 860 595 500 4444 1284
правлении расположены крутопадающие трещины. На западе панель 1 граничит блоком 5547 ПЮЗ-6-ІІ, на востоке с панелью 6 ПЮЗ-6-ІІ, севернее расположена панель 2 ПЮЗ-6-ІІ, МКЦ 129, 136 - заторкретированы. В районе МКЦ 151-150-140-137-128132-121-120-109-107-110-119, 156145- 144-143 ранее были вывалы кровли мощностью до 1,2м, которые возобновились с подачей закладки. При гидрозакладке панели №1 в начале наблюдалось ухудшение состояния ряда целиков, расположенных в центральной части панели. В результате увлажнения интенсивность разрушения красноцветов расположенных в кровле панели (в районе примыкающем к панельному штреку №5 на площади до 600 м2) резко возрастает. Серые песчаники не подвержены негативному влиянию увлажнения на прочностные свойства. Особенно сильное воздействие паров на крас-ноцветы наблюдается во время подачи смеси. Во время обследования панели №1 (июнь 2006 г.) отмечены сколы по МКЦ №№ 122, 123, 124. В МКЦ №142 - открытая трещина по всей высоте целика, шириной щели от 4 см.
Оценка возможности выхода обрушения на поверхность. Наихудший сценарий развития ситуации - разру-
шение целиков с выходом обрушения на поверхность. Величина свода обрушения зависит от площади на которой разрушаются МКЦ определяются эмпирическими зависимостями [1]
Нсв — 0,25Ьэкв, при Гэкв<100 м;
Нсв — 0,5Цкв, при Ьэкв>100 м.
Поскольку Цкв — 158 м, то Нсв — 0,5Ьэкв — 0,5x158 — 79<180 м. Ьэкв- эквивалентный пролёт, определяемый Ьэкв— Ьх 1/^ Ь2х I2 , где Ь, I - размеры выработанного пространства по простиранию и вкрест простирания.
Приближённая оценка динамики разрушения. В результате анализа обрушений налегающей толщи, с выходом на поверхность, с образованием свода естественного равновесия, установлено, что при наличии в панели обрушения кровли, площадью Бобр /Б> 0,15 и Ьобр/Ьэкв>0,14 возможно дальнейшее развитие обрушения. Обрушение может быть остановлено, по данным исследований КазНИМИ, лишь при наличии БЦ и МКЦ с коэффициентом запаса прочности >2,7-2,8. Общая площадь панели №1 -169x290 — 46400 м2, площадь выявленного обрушения в пределах 500600 м2, Бобр /Б — 0,12< 0,15, при мощности вывала Ьобр —1,2 м, Ьобр/Ьэкв — 0,007< 0,14. По результа-
там расчёта обрушения не должно быть, тем не менее, с течением времени и под воздействием неблагоприятных горнотехнических условий (подработка массивных опор, БЦ, ПЦ) возможно дальнейшее развитие обрушения налегающей толщи.
Немаловажным фактором является также скорость развития обрушений во времени. По данным исследований КазНИМИ коэффициент запаса прочности МКЦ определяется зависимостью
П — По кь
где пг коэффициент запаса прочности МКЦ в момент времени 1; по- коэффициент запаса прочности в начальный момент времени; к - коэффициент учитывающий изменение коэффициента запаса прочности во времени.
По данным исследований КазНИМИ оптимальный начальный коэффициент запаса прочности находится в интервале от 1,5 до 2,0.
Расчёт пятидесяти МКЦ панели №1 показал, что средний коэффициент запаса прочности составляет 2,13, (более 25 % целиков с запасом прочности от 2,6) а средняя вероятность их разрушения 9,69 %. Согласно расчетам в панели отсутствуют МКЦ с коэффициентом запаса меньше 1,3, а сама величина коэффициента варьирует, более или менее, в оптимальном интервале. Время развития обрушения при этом, считая от начала перехода из ослабленного состояния в неустойчивую стадию, составляет на месторождении от двух
до 20 лет. С запада к первой панели примыкают ослабленные и обрушенные участки, которые негативно влияют на устойчивость, поэтому целесообразно повысить интенсивность закладки панели.
Вместе с тем, под посёлком выделяются два слоя серых песчаников мощностью до 30 м, что является дополнительным фактором надёжности с развитием свода обрушения до поверхности.
Выводы
1. Геомеханическая ситуация в районе панели №1 гор.220 м ПЮЗ-6-II под пос. Жезгазган в настоящее время устойчивая, несмотря на проявление локальных обрушений кровли и раскрытие трещин в нескольких целиках.
2. В периоды подачи гидрозакладки в панели (периодичность подачи от двух-трёх суток) наблюдается активизация процессов мелкого локального обрушения пород кровли, представленных красноцветами. Закладочные работы в панели №1 необходимо завершить в течение двух лет.
3. Опыт ведения гидрозакладочных работ с заполнением первого яруса выработанного пространства залежей ЗЖР, позволяет ответить на один из главных вопросов - гидрозакладка в сочетании рудными целиками обеспечивает полную сохранность объёктов посёлка Жезказган, расположенных на подрабатываемой территории при качественном ведении гидрозакладочных работ. НДВ
— Коротко об авторах----------------------------------------------------------------
Аглюков Х.И. - дoцент, кандидат техничежих наук, Mагнитогopcкий гocyдаpcтвен-ный техничежий универоттет им. Г.И. ^това, гл. cпециалиcт no закладoчным p36o-там TOO ЖГMK ^р^рании ^захмыгс, Гopнo-геoмеxаничеcкoе управление.
Дoклад pекoмендoван к oпyбликoванию cеминаpoм № 17 отм^з^ма «Неделя горняка-2007». Pецензент д-р техн. наук, пpoф. E.B. Кузьмин.
