книги / Совершенствование разработки соляных месторождений
..pdfМИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ПЕРМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
РАЗРАБОТКИ
СОЛЯНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Межвузовский сборник научных трудов
Пермь 1990
Изложены результаты научных исследований новых технологичес ких схем очистной выемки и закладки, напряженно-деформированного состояния приконтурного массива капитальных и подготовительных выработок со слабоустойчивыми слоистыми кровлями, вопросы венти ляции, газоносности, борьбы с газодинамическими явлениями, газа ми и пылью в калийных и соляных рудниках СССР.
Сборник предназначен для преподавателей, аспирантов и сту дентов вузов, научных и инженерно-технических работников научноисследовательских и проектных организаций и горнодобывающих предприятий.
Редакционная коллегия: Г.И.Кравченко (отв.редактор), Г.Д. Полянина (отв.за выпуск), О.В.Ковалев, И.И.Медведев, К.Г.Синопальников.'
Рецензенты: кафедра рудничной вентиляции и охраны труда Ленин градского горного института;
Пермский политехнический институт, 1990
Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990
УДК 622.232.8:622.25
В.Н.ЗЕЛЕНКИН, П.И.КАЛИНИЧЕНКО, Л.В.АНДРЕЙКО, С.И.СЛАВАШЕВИЧ (Белорусский филиал БНИИГ)
ВЫБОР ВАРИАНТОВ ВЫЕМКИ ЗАБАЛАНСОВЫХ .ЗАПАСОВ ПЕРВОГО КАЛИЙНОГО ПЛАСТА СТАРОБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Для выемки пласта рекомендуется столбовая система с селективной выемкой сильвинитовых слоев 3,4.5. При этом варианте содер жание в добытой руде КС£ - 37,2 %, /УО - 8,2 %; себестоимость концентрата - 22,6 рублей.
В настоящее время рудники ПО "Белорускалий" ведут отработку второго и третьего калийных пластов. В ближайшие 5-7 лет запасы второго пласта будут отработаны, что может привести к снижению объемов добычи руды и производства удобрений, ухудшению экономи ческих показателей объединения. Восполнение запасов за счет новых участков (например, Нежинского) связано со строительством новых предприятий и требует больших капитальных вложений. Поэтому в последние годы возрос интерес к вовлечению в эксплуатацию заба лансовых запасов первого и четвертого калийных пластов. Особенно актуальна сырьевая проблема для РУ-I, где запасы второго пласта будут отработаны к 1995 году. Здесь с 1986 г. ведутся горные ра боты по вскрытию, подготовке и разведке первого пласта, поэтому вопросы его отработки имеют практическое значение.
На шахтном поле РУ-I первый пласт расположен на 65-75 м выше второго, глубина залегания 360-460 м, угол падения 1,5-2°, мощ ность покрывающей каменной соли 0-45 м, водозащитной толщи 200270 м. Пласт имеет сложное строение (рисунок), отличается повышен ным содержание нерастворимых остатков (глины) в._гал;1товых слоях. На большей части шахтного поля P/-I первый пласт подработан очист ными работами второго и третьего пластов. Запасы первого пласта по предварительной оценке составляют 200,7 млн.т сырых солей или 36,4 млн.т КСе% в том числе верхней пачки (слои 3-5) соответст венно 82,4 и 20,2 млн.т.
При разработке возможных вариантов выемки I горизонта учиты вались горно-геологические условия, опыт отработки промышленных пластов, возможность использования серийного или создаваемого в ближайшие годы добычного оборудования.
Аналитические расчеты выполнялись в такой последовательности. Для каждой технологической схемы определялся объем добычи из очи
стных и горноподготовительных вырабрток, |
составлялись формулы |
|
расчета качества добываемой руды. Себестоимость готовой |
продукции |
|
(гранулированного 95 /2-ного /СС£ ) |
определялась |
из выражений |
С„=0,073аксе +О,ш4а„0 + О,5в,
90
С у ч = С Л о + С г ( 1- £ о ) + Л
.„
где |
Р |
- выход готовой продукции из руда при флотаци |
|
|
онном обогащении, %; |
|
Оп |
- затраты на обогащение I т руда, руб./т; |
|
Суч, CQ1 Сг |
- себестоимость руда соответственно по участку, |
|
|
из очистного и проходческого забоя, руб./т; |
|
|
- годовая добыча руда из очистного забоя, |
|
|
тыс.т; |
|
|
общешахтные и накладные расхода, руб./т |
(Сн = 1,5).
Во всех схемах на проходке подготовительных выработок исполь зовался комплекс "Урал-10 КС".
Прибыль от промышленного использования запасов определялась по формуле
рЛ
ЮО 5
П о к а з а т е л и |
Слой I |
Вавианты выфВ |
1 |
|
Слои 1+ |
Слои 3-5 |
||
Слои |
Слой 1+ |
Слои 3-5 |
||||||
|
|
4-5 |
+ 4-5 |
Валовая |
Селектив + 3-5 |
(камер.) |
||
Вынимаемая мощность, м |
0,95 |
1,15 |
2,1 |
1,91 |
|
ная |
(селект.) |
|
|
1,17 |
2,12 |
1.8 |
|||||
Содержание в добытой руде, % |
24,4 |
30,2 |
22,5 |
27,9 |
|
37,2 |
32,4 |
20,8 |
к се |
|
|||||||
но |
7.4 |
12,4 |
10,1 |
16,1 |
|
8.2 |
5,9 |
8,6 |
Коэффициент извлечения, доли ед.: |
0,19 |
0,22 |
0,42 |
0,32 |
|
0,22 |
0,40 |
0,34 |
сырых солей |
|
|||||||
ксе |
0,23 |
0,32 |
0,54 |
0,43 |
|
0,40 |
0,63 |
0,43 |
Себестоимость готовой продукции (гранулированный |
28,5 |
26,9 |
27,5 |
31,1 |
|
22,6 |
23,2 |
31,9 |
95 %-ный /ССе ), руб./т |
|
|||||||
Прибыль от использования запасов: |
0,32 |
0,54 |
0,87 |
0,39 |
|
1,02 |
1,53 |
0,28 |
на I т, руб./т |
|
|||||||
всего, млн.руб. |
57,8 |
97,5 |
156,7 |
70,4 |
|
184,2 |
276,3 |
50,6 |
Справочные данные: |
адю |
КЩС |
коде |
СК2В |
|
СК2С |
коде, |
"Урал- |
тип очистного комплекса |
|
|||||||
стоимость комплекса, тыс.руб. |
1100 |
1100 |
1100 |
1020 |
|
1900 |
СК2С |
10 КС" |
|
II00, |
214,5 |
||||||
длина лавы, м |
200 |
200 |
200 |
150 |
|
180 |
1900 |
|
|
200 |
|
||||||
производительность очистного забоя, |
500 |
500 |
2x500 |
700 |
|
500 |
2x500 |
300 |
тыс.т/год |
|
где Ц - оптовая цена гранулированного 95 $6-ного /СС£* руб./т
Щ= 36,7);
А- объем добычи руды, тыс.т;
Б- погашаемые балансовые запасы, тыс.т.
Для определения всех технико-экономических показателей были
разработаны программы расчета на ПЭВМ ЕС 1840 (1841). |
Программы |
написаны в системе МС ДОС на языке TllR&OPASCAL |
Геологи |
ческая информация по пласту записана отдельным файлом, |
что позво |
ляло обращаться выборочно к необходимым данным, не меняя основной |
|
программы. |
|
Всего рассмотрено 13 вариантов выемки, показатели наиболее |
эффективных из них для горно-геологических условий участка, где намечается начинать отработку пласта (скв. № 103), приведены в таблице. Данные этой таблицы свидетельствуют о низкой эффектив ности камерной системы и нецелесообразности её широкого примене ния. Варианты столбовой системы с использованием серийного обо рудования и освоенной на месторождении одно- и двухслоевой выемки по себестоимости концентрата практически равнозначны и при окон чательном выборе необходимо исходить из мощности водозащитной толщи (ВЗТ).
Большой интерес представляет разработанный БФ ВНИИГ способ селективной выемки пачки 3-5, при котором первым ходом комбайна отбиваются оба галитовых слоя, а вторым - сильвинитовые слои.
Отбитый галит забойным конвейером подается к установке, осуществ ляющей его закладку в выработанное пространство лавы. Применение этого способа обеспечивает высокое качество добываемой руды, ми нимальную вынимаемую мощность, сравнительно низкую себестоимость готовой продукции и высокую рентабельность отработки горизонта.
Б настоящее время в филиале ведутся конструкторские разработки исполнительных органов на базе серийных комбайнов. Элементы пред ложенного способа планируется испытать в шахтных условиях в I990-1991 гг.
На участках пласта с достаточной мощностью ВЗТ |
может приме |
|
няться вариант слоевой выемки слоев I |
(нижняя лава) |
и 3-5 (верх |
няя лава) с проходкой общих выработок |
по слою I. При этом вари |
|
анте прямым порядком ведутся подготовительные выработки по слою I |
||
и очистные работы по пачке 3-5. После |
отработки верхней лавы в |
тонкой плитой, жестко защемленной по углам междукамерными целика ми и испытывающей равномерно распределенную нагрузку от вмещающих пород.
Вопрос о напряженно-деформированном состоянии такой потолочи ны может быть решен с помощью пространственных задач теории тонких
плит, предполагающей, что |
прогибы плита) |
малы по сравнению с их |
||||
мощностью А |
( со -ос |
А |
), а закон распределения нормальных на |
|||
пряжений мало отличается от линейного: на |
3 % при £/А |
= 3,0 и |
||||
на 7 % при |
£/А =2, 0 |
(где £ - меныпий из пролетов плиты) |
||||
/1,2/. Параметры потолочин камер, применяемые |
в практике |
эксплуа |
||||
тации пластовых месторождений каменной соли, |
а также полученные |
в натурных условиях значения прогибов, позволяют использовать для оценки напряженно-деформированного состояния массива кровли в со пряжении горных выработок теорию тонких плит.
Потолочина-плита моделировалась прямоугольным параллелепипе дом толщиной А со сторонами а. и 6 (СГ - меньшая по размеру сторона), у которого центр симметрии совпадает с началом коорди
нат, а стороны |
а и £ параллельны соответственно осям коорди |
нат Ох и Оу . |
|
Согласно |
основным положениям пространственной задачи теории |
тонких плит функция прогиба упругой поверхности с)(Х,у) должна удовлетворять дифференциальному уравнению /2/
m 2E h 3 |
(д^со +2 |
я* |
а со )=2С*> У), |
|
|
О СО |
( I ) |
||||
/2(т2-1)\дх* |
д х 2-ду3 |
дум> |
|
||
где £ (Х9у) - нагрузка, |
действующая на потолочину-плиту; |
||||
Е |
- модуль упругости пород, слагающих массив |
потолочи |
|||
|
ны-плиты; |
|
|
|
|
$ |
- коэффициент Цуассона, |
|
|||
|
|
/77- |
> |
|
|
|
|
|
з> |
|
|
А- мощность потолочины-плиты.
Исходя из требований жесткого защемления по углам потолочиныплиты междукамерными целиками, на функцию прогиба CJ(Xfу) накла дываются дополнительные требования, являющиеся граничными условия ми для дифференциального уравнения (I):
|
д о |
д о |
при |
сг=0, |
= О . (2) |
д х |
ду |
Функцию прогиба упругой поверхности о(х,у) определяли мето дом Б.Г.Галеркина /I/. При этом функция о(Х,у) <3шга представлена алгебраическим многочленом
o(x,y)=A(ci-4x2)3+B(6-4y2)+C(a-4x) ( |
6 ) |
(з) |
Коэффициенты А ,3 %С определялись таким'образом, |
чтобы форму |
ла (3) являлась 'Приближенным решением дифференциального уравнения
(I) и удовлетворяла граничным условиям (2). При этом использовался прием, предложенный Б.Г.Галеркиным /I/, согласно которое общий вид функции прогиба (3) подставлялся в дифференциальное уравнение (I), затем обе его части умножались последовательно на многочлен при коэффициентах А ,В ,С и производилось интегрирование по всей площади потолочины-плиты. Это позволило получить замкнутую систему линейных уравнений для определения коэффициентов А чб ,С .
В качестве нагрузки на потолочину-плиту в зависимости от гор но-геологических условий залегания пластов каменной соли на экс плуатируемых месторождениях принималась равномерно распределенная нагрузка от веса потолочины, от веса пород, заключенных в своде давления, и от веса всего столба пород до земной поверхности.
Описанный алгоритм лег в основу разработки и реализации на вычислительном комплексе "Электроника МС 0585" программы "РЦТА" которая позволила рассчитать максимальный прогиб потолочины-плиты, максимальные моменты и изгибающие напряжения в зависимости от раз личных горно-геологических условий залегания пластов каменной соли
Для оценки влияния параметров потолочин-плит на их напряжен но-деформированное состояние исследовались потолочины камер в со пряжениях под прямым утлом очистных и подготовительных горных вы работок. При этом пролеты кровли в очистных выработках варьирова лись в пределах 13-20 м при мощности потолочины 2-6 м, в подгото вительных выработках пролеты кровли изменялись от 3 до 5 м с из менением мощности потолочины 1-5 м. Во всех расчетах в качестве давления на потолочину принималась нагрузка пород, заключенных в своде давления.