автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему: Комплексное освоение калийных месторождений Предкарпатья
Актуальность темы. Процесс освоения калийных месторождений Предкарпатья сопровождается непрерывным накоплением подземных пустот и отходов переработки каинито-лангбейнитовых руд на поверхности. К настоящему времени объем выработанного пространства достигает 40 млн.м3, на поверхности размещено свыше 30 млн.м3 галитовых отходов обогащения. Такое положение привело к ряду негативных последствий. Прежде всего это высокий уровень потерь полезного ископаемого при системах с жестким поддержанием кровли - более 50%. С глубиной ожидается их увеличение до 70%. Проникновение пресных вод через водозащитную потолочину в камеры № 115-116, отработанные по пласту №10 на Стебниковском калийном руднике №2 (СтКР-2), относится к числу трудно ликвидируемых последствий при наличии большого объёма незаложенных пустот. Аномальные проявления горного давления в виде сосредоточенных провалов земной поверхности наблюдались на устойчивых полях рудника Калуш-Центральном и Северном каинитовом. К значительному плавному оседанию до 3^-5 м и подтоплению земной поверхности привела разработка Северного и Хотинского сильвинитовых полей. В зону опасных сдвижений попало более 40 жилых домов.
В результате размещения на поверхности отходов обогащения, выход которых превышает 0,6т на 1т руды, изъято до 400га полезной площади, происходит интенсивное засоление почв, подземных вод и поверхностных водоёмов, необратимое изменение геологической среды. Прорыв дамбы хвостохранилища на бывшем Стебниковском калийном заводе (ныне Государственном горнохимическом предприятии ГГХП Полиминерал) привёл к крупномасштабному загрязнению окружающей среды. Многочисленные прорывы рассолов через тело дамбы хвостохранилища №1 и сдвиг дамбы хвостохранилища №2 наблюдались на Калушском заводе калийных удобрений. Всего на территории Украины размещено свыше 2000 шламо- и хвостохранипищ, которые представляют потенциальную угрозу для окружающей среды.
Технология подземной добычи каинито-лангбейнитовых руд основана на буровзрывной отбойке и скреперной доставке, характеризуется средним уровнем эффективности. Неравномерная отработка пластов различной мощности привела к существенному снижению технико-экономических показателей работы рудников, невозможность надёжной гидроизоляции выработанного пространства при нисходящей отработке запасов создаёт угрозу для работающих на нижележащих горизонтах в случае прорыва закладочного материала, что наблюдалось на руднике Калуш.
Освоение калийного месторождения Пийло уже на стадии вскрытия привело к неоднократному разрушению тюбинговой крепи и
деформации армировки во вспомогательном стволе, к разрушению бетонной крепи в вентиляционном стволе, арочной податливой крепи в горизонтальных выработках, двухслойной крепи в сопряжениях стволов с приствольными выработками.
Негативные последствия подземной разработки калийных месторождений Предкарпатья и размещения отходов переработки каинито-пангбейнитовых руд на поверхности оцениваются огромным экологическим и экономическим ущербом. Предотвращение таких явлений возможно на основе комплексного подхода к освоению новых калийных месторождений, включающего взаимосвязанное решение вопросов добычи, переработки и размещения отходов обогащения, экономической оценки работы калийно-магниевого производства.
Цепью работы является создание системы комплексного освоения калийных месторождений Предкарпатья, обеспечивающей высокую эффективность разработки, надёжность поддержания налегающих пород и земной поверхности, длительную устойчивость горных выработок, экологическую чистоту и безопасность.
Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи: исследовать технологические процессы вскрытия, подготовки и очистной выемки каинито-лангбейнитовых руд, изучить влияние мощности пласта (высоты отбиваемого слоя) на эффективность добычи руды;
выявить механизм разрушения междукамерных целиков и их взаимодействия с закладкой, закономерность распределения нагрузки на междукамерные и барьерные целики;
разработать методику формирования устойчивых геамеханических систем, прогнозирования сдвижения налегающих пород и земной поверхности, установить геомеханические нормативы отработки целиков специального назначения;
создать способы управления напряжённо-деформированным состоянием пород вокруг выработок , аналитические методы для расчёта параметров разгрузки;
разработать методику определения экономической эффективности систем подземной разработки с учётом закладки выработанного пространства.
Основная идея работы заключается в использовании восходящего способа отработки запасов, высокопроизводительных проходческих и добычных комплексов, особенности деформирования жёстких геомеханических систем с учётом закладки выработанного пространства отходами переработки, щелевого и скважинного способов разгрузки приконтурного массива для сохранения длительного эксплуатационного режима горных выработок, узлов сопряжений, сплошности налегающей и водозащитной толщи пород, повышения надёжности калийной шахты как технологической системы в целом и обеспечения экологической безопасности.
Методы исследований. Для достижения поставленой цели в диссертационной работе использован системный подход, включающий анализ, обобщение литературных данных и практического опыта разработки калийных месторождений, аналитические исследования устойчивости очистных и подготовительных выработок с привлечением методов механики подземных сооружений, теории упругости и пластичности; лабораторные исследования физико-механических свойств горных пород и отходов обогащения каинито-лангбейнитовых руд, натурные наблюдения и инструментальные измерения деформации горных выработок, налегающих пород и земной поверхности, метод экономико-математического анализа работы калийно-магниевого производства, методы аналогии, теории подобия, математической статистики. Существенная часть математического аппарата разработана автором.
Научные положения, защищаемые в диссертации.
1. Надёжность технологии вскрытия калийных месторождений Предкарлатья скважинами специального назначения обеспечивается за счёт многослойной гидроизоляции основного галечникового водоносного горизонта, соляного зеркала и всей налегающей толщи пород с помощью растворов на основе каустического магнезита, гематита и хлормагниевых рассолов.
2. Равномерная отработка калийных залежей различной и переменной мощности достигается при условии, что средневзвешенные показатели трудоемкости и себестоимости добычи руды не должны превышать значений для принятой за стандарт вынимаемой мощности в соответствии с предложенной системой управления технологией добычи — технологической моделью отработки месторождения.
3. Повышение несущей способности междукамерных целиков, в том числе нарушенных трещинами и работающих в области запредельных деформаций, в результате бокового давления породносухой. монолитной закладки или гидросмесей способствует формированию устойчивых геомеханических систем, обеспечивающих минимальные потери полезного ископаемого и оседание земной поверхности,особенно при восходящей отработке запасов полого-наклонных и крутопадающих калийных залежей.
4. Особенности отработки целиков специального назначения состоят в необходимости повторного тампонажа геологоразведочных скважин с поверхности или из подземных горных выработок, определения безопасной глубины разработки под магистральными железными дорогами,в обосновании применительно к конкретным горно-геологическим условиям мощности водозащитной толщи, в том числе в переходной зоне под дном и от бортов карьера при формировании жестких геомеханических систем и соблюдении сейсмически безопасных расстояний от места взрыва до объектов первой категории охраны — шахтных стволов, скважин, почвы соляного зеркала.
5. На использовании эффекта поглощения техногенными полостями деформаций ползучести соляных пород основано управление напряжённо-деформированным состоянием вокруг горных выработок с помощью способов щелевой и скважинной разгрузки приконтурных массивов, причём долговечность выработки определяется из условия равенства объёмов смещаемых вовнутрь выработки и поглощаемых техногенными полостями породных масс.
6. Сокращение непроизводительных расходов на 1 т руды в зависимости от изменения количества выемочных запасов и коэффициента технологичности системы разработки составляет сущность механизма рационального использования недр. Эффективность системы разработки в общем случае определяется суммарной экономией средств от повышения извлечения ископаемых солей, сохранения ценной полезной площади, затрат на снос и последующее воспроизводство охраняемых объектов на поверхности, на ликвидацию рудника, непроизводительных расходов на обслуживание отвального хозяйства за вычетом затрат на закладку выработанного пространства.
Научная новизна. В основу методологии вскрытия калийных месторождений Предкарпатья положена многослойная гидроизоляция скважин с помощью колонн труб, перекрывающих водоносный галечниковый горизонт, рассольный горизонт на уровне соляного зеркала и всю толщу налегающих пород с тампонажом затрубного пространства растворами из каустического магнезита, гематита и хлормагниевых рассолов. Изучена возможность вскрытия калийных месторождений наклонными стволами и автомобильными съездами, штольнями, доказана необходимость восходящей отработки полого-наклонных и крутопадающих калийных месторождений
Метод исследования технологии добычи путём распределения добытой руды по вынимаемой мощности и по годам, т.е. в пространстве и во времени, позволяет установить изменение средневзвешенной мощности, степень неравномерности отработки месторождения. Разработаны экономико-математические модели трудоёмкости и себестоимости добычи руды по процессам и элементам затрат, установлены нормативы расхода материалов в зависимости от вынимаемой мощности (высоты отбиваемого слоя), на основе которых создана система управления технологией добычи каинито-лангбейнитовых руд. Система позволяет обеспечить равномерную отработку запасов месторождения, определить минимально допустимую (кондиционную) выемочную мощность залежей.
В лабораторных и натурных условиях проведены исследования процесса разрушения междукамерных целиков. Установлено, что несущая способность последних повышается по нелинейному закону в зависимости от отношения бокового давления к пределу прочности материала на растяжение. Боковое сопротивление закладочного материала числено равно условному пределу текучести.
определяемому по диаграмме вдавливания цилиндрического штампа с плоским основанием, и в 2 раза превышает предел прочности закладочного материала на одноосное сжатие.
Изучен механизм распределения нагрузки на междукамерные и барьерные целики в пределах выемочного участка, на основе которого получены аналитические выражения (математические модели) для оценки устойчивости геомеханических систем, сформированных из междукамерных и рудных (естественных) барьерных целиков, комбинированных и закладочных барьерных полос, из междукамерных целиков переменной ширины. Разработана методика прогнозирования сдвижения налегающих пород и земной поверхности в зависимости от запаса прочности междукамерных целиков, изучен механизм возникновения сосредоточенных провалов земной поверхности.
Сформулированы общие условия отработки целиков специального назначения - барьерных, околоствольных, водозащитных, под промышленными объектами, магистральными железными дорогами: сдвижение налегающих пород и земной поверхности должно быть минимальным за счёт оставления междукамерных целиков повышенной жёсткости, взрывоотбойка руды должна производиться на сейсмически безопасном расстоянии от объектов первой категории охраны; причём водоохранные целики отрабатывают после повторного тампонажа геологоразведочных скважин с поверхности или из подземных выработок.
В качестве критерия оценки состояния горных выработок принят комплексный показатель - коэффициент устойчивости, по значению которого можно определить конечную деформацию и величину горного давления. Разработаны способы, выявлен механизм охраны горных выработок, стволов, узлов сопряжений, камер большого сечения с помощью щелевой и скважинной разгрузки. Получены аналитические выражения для расчёта времени устойчивого существования горных выработок и их сопряжений с учётом суммарного разгрузочного эффекта от щелей, скважин и разгружающих выработок в зависимости от их размеров и скорости деформирования приконтурного массива пород.
На нынешнем этапе развития технологии разработки калийных месторождений Предкарпатья процесс освоения подземного пространства следует считать попутным к основной деятельности. Приоритетное направление-размещение отходов калийного производства в выработанном пространстве рудников, вскрышных пород - в выработанном пространстве карьеров.
Разработана методика определения ценности каинито-лангбейнитовых руд, экономический механизм рационального использования недр. Суммарный экономический эффект от применения систем разработки с закладкой включает экономию от сохранения ценной полезной площади на поверхности, непроизводительных расходов на обслуживание отвального хозяйства, экономию затрат на
снос и последуещее воспроизводство охраняемых объектов на поверхности, экономию от повышения извлечения ископаемого из недр и затрат на ликвидацию рудника за вычетом затрат на обслуживание закладочного комплекса.
Совокупность вышеизложенных положений, методов их осуществления и возможных технико-экономических последствий составляют сущность системы комплексного освоения калийных месторождений Предкарпатья (рис.1),
Обоснованность и достоверность научных исследований, выводов и рекомендаций . подтверждается результатами лабораторных и натурных исследований, внедрением в практику разработки калийных месторождений, защищена авторскими свидетельствами и патентом на изобретение.
Практическая ценность работы. В соответствии с разработанной технологией достигнута высокая надёжность вскрытия калийных месторождений скважинами специального назначения - для подачи закладочного материапа(СтКР-2), закачки рассолов при ликвидации, для проветривания рудников, прокладки кабелей и других целей.
Аналитические методы расчёта параметров разработки позволяют обеспечить устойчивость геомеханических систем без закладки, с закладкой выработанного пространства или заполнением рассолами. Прогноз оседания земной поверхности осуществляется в зависимости от запаса прочности междукамерных целиков. Доказано, что наиболее надёжный способ предотвращения сосредоточенных провалов земной поверхности - применение закладки выработанного пространства. Охрана выработанного пространства с помощью твердеющей закладки возможна при сплошной камерной системе разработки калийных залежей, т.е. отработке и закладке камер через одну.
Быстрое наращивание добычи достигается при системе разработки с ленточно-прерывными целиками.Теоретически обоснована и практически реализована система разработки калийных залежей камерами с траншейным днищем и с общей рассечкой, внедрены прогрессивные параметры: камеры увеличенной ширины (14, 20м) и повышенной этажности, дифференцированные по мощности размеры целиков и камер..
Практически осуществлена отработка целиков специального назначения: барьерных, околоствольного, водоохранного у скважины С-30, разработан проект отработки запасов пластов К-Нижний, К-Средний, К-Верхний под водными объектами - аккумулирующими бассейнами и дренажной траншеей Домбровского карьера. Между открытыми и подземными работами установлена минимальная толщина целика из водонепроницаемых пород не менее 60м.
Выполнены проекты разгрузки сопряжений вентиляционного и вспомогательного стволов рудника Пийпо с помощью продольных и радиально-полеречных скважин, технологические паспорта проходки транспортного и конвейерного квершлагов в слабых с твердыми
включениями породах. Результаты проведенных исследований могут быть использованы а учебном процессе.
Декларация конкретного личного вклада автора в разработку научных исследований.
В основу диссертационной работы положены научные исследдования, выполненные в 1966 - 1975г.г. в бывшей Калушской научно-исследовательской лабораториии ВНИИГалургии
(Государственный научно-исследовательский институт галургии Украины), в 1976 - 1996 г.г. - концерне "Хлорвинил'' (ныне открытое акционерное общество концерн "Ориана"). Руководителем и ответственным исполнителем работ был автор. Результаты исследований освещены более чем в 30 научных отчётах и 200 проектах (на 2000 листах).
Апробация работы. Включенные в диссертацию результаты исследований докладывались на Всесоюзных конференциях, совещаниях и симпозиумах (Ленинград, 1969г.; Львов, 1971; Солигорск, 1972; Калуш, 1973, 1979; Ивано-Франковск, 1990), республиканских (Калуш, 1968) и областных научно-технических конференциях (Калуш, 1981, 1983), на международной конференции "KaniHHi добрива УкраТни". (Калуш, 1994). Научно-практические работы обсуждались на научно-технических советах институтов ВНИИГалургии, Горхимпроект, Стебниковском ГГХП Полиминерал, Государственном предприятии Шахтострой, Калушском концерне "Ориана".
Публикации. Творческий потенциал автора составляет 70 научных работ, из которых 66 опубликованы по теме диссертации: одна монография, обзор, научно-методическое пособие, пять авторских свидетельств на изобретения, патент Украины, 52 статьи и 5 тезисов докладов. Три статьи переведены за рубежом, одна -статья, опубликована в США, Австралии и на Кубе.
Объём и структура работы . Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, восемнадцати разделов, общих выводов и восьми приложений. Общий объём 264 стр., включая 190 стр. машинописного текста, 66 рисунков и 35 таблиц. Библиографический список содержит 227 наименований.
Работа выполнена в Калушском концерне "Ориана". Объектом исследований являлись Калуш-Голынское и Стебникское месторождения калийных солей Предкарпатского бассейна.
Основное содержание работы.
Глава 1. Состояние сырьевой базы, практики разработки и исследований. В недрах Предкарпатского калиеносного бассейна выявлено 23 месторождения, в которых сосредоточено до 7,7 млрд.т запасов каинито-лангбейнитовых руд. Из них два месторождения -Калуш-Голынское и Стебникское - разрабатываются более 100 лет, к перспективным относятся Марково-Россильнянское, Тростянецкое, Бориславское, Уличнянское и др.
В калийной зоне месторождений преобладают следующие типы пород: каинитовая, сипьвинитовая, лангбейнитовая, полиминеральная, карналлитовая, кизеритовая. Основными вмещающими породами являются соленосная глина (зубер), каменная соль, глинистая каменная соль, соленосная брекчия. В местах соприкосновения соленосных пород и четвертичных отложений происходит интенсивное выщелачивание солей и образование гипсо-глинистой шляпы (ГГШ), которая сложена вязкой песчанистой глиной, гипсом и иногда карбонатами.
К водоносным относятся горизонты верховодки в покровных •суглинках на глубине 1- 1,5 м от поверхности и галечниковый на глубине 5-15 м. Зона соляного зеркапа, разделяющая кору выветривания (ГГШ) и рудный массив, местами содержит насыщенные рассолы, которые имеют гидравлическую связь с галечниковым горизонтом. Приток пресных вод в основном водоносном горизонте (галечниковом) составляет в среднем 5-10 м3/сутки, максимальный - до100м3/сутки. Рудосодержащие и вмещающие породы практически безводны. Главным водоупором являются породы ГГШ с коэффициентом фильтрации 0,1 - 0,001м/сутки, под которыми дополнительно оставляют водозащитную потолочину из соленосных или рудосодержащих пород толщиной 30м на Калуш-Голынском и не менее 60м - на Стебникском месторождениях. Рудосодержащие породы практически водонепроницаемы, их коэффициент фильтрации составляет 1х10
3 - 1х10"4 м/сутки.
Строение рудосодержащих пород слоистое, изредка встречаются включения рассеянного типа. Вмещающие породы в большинстве своем имеют монолитное, однородное строение. Встречаются включения рассланцованных слабых глин, именуемых мыдляркой. а также пестроцветных глин, склонных к пучению. Рудные тела Калуш-Голынского месторождения являются отложениями Нижнебаличской свиты, имеют форму пластообразных линз с неспокойной гипсометрией. Размеры залежей по основным направлениям достигают 1- 2 км, их мощность колеблется от 2 до 60 м (одиночных линз до 100м), падение полого-наклонное от 0° до 40°, иногда до 60°. В пределах месторождения выделяются такие рудные поля: Северное сильвитовое, Северное и Центральное каинитовые, Хотинское сильвинитовое ликвидированного путём регулируемого затопления рассолами рудника Калуш; Западно-Голынское ликвидированного рудника Голынь с объемом открытого выработанного пространством 1,5 млн. м3;
Восточно-Голынское и Сивка-Калушское рудника Ново-Голынь, выработанное пространство которого объемом 12 млн.м3 заполняется рассолами; Домбровское, разрабатываемое открытым способом; к эксплуатации готовится месторождение Пийло Глубина разработки на руднике Калуш до 440м, Ново-Гопынь - до 300м. Пийло - до 800м.
Стебникский калийный район представлен крутопадающими пластами калийных солей (20-90°), мощность которых достигает 200м, длина по простиранию - до 1000м, глубина распространения - до 1000м. К Стебникскому калийному району относятся месторождения Бориславское, Уличнянское, Стебникское, Бенина Великая. Последнее намечается к отработке открытым способом.
Предкарпатский калиеносный бассейн обладает достаточным минерально-сырьевым потенциалом для строительства мощных предприятий, способных обеспечить выпуск калийно-магниевой продукции в течении нескольких сотен лет. Весьма важным условием высокоэффективной разработки калийных месторождений Предкарпатья является надёжное геологическое обеспечение горных работ, надёжная защита от проникновения поверхностных вод и рассолов.
Анализ накопленного опыта и исследований показал, что возникшие при разработке калийных месторождений Предкарпатья негативные явления можно было предотвратить при комплексном, системном подходе к их освоению, который находит всё более широкое применение в горной технологии. Уже на стадии вскрытия закладываются основы эффективной разработки месторождения. Для калийных рудников Прикарпатья это означает, что оптимальный вариант вскрытия необходимо выбирать путём сравнения вариантов с вертикальными, наклонными стволами, автотранспортными съездами, скважинами специального назначения при надёжной гидроизоляции водоносных горизонтов, обеспечении долговечности крепи в слабых, склонных к пучению и ползучести, породах. Переход к восходящему порядку отработки запасов калийных месторождений позволит решить несколько взаимосвязанных проблем, но требует изучения технологических и геомеханичесшх особенностей его осуществления К ним относятся большой первоначальный объём горнокапитальных работ, многократные переходы на вышележащие горизонты с переналадкой подъёмно-транспортного оборудования, невозможность повторной отработки запасов, очерёдность отработки околоствольных целиков, необходимость обеспечения минимального оседания налегающих пород и земной поверхности, формирование закладочных массивов, ликвидация стволов и др..
Буровзрывная отбойка в пределах обозримого будущего будет иметь явное преимущество по сравнению с комбайновой (механической) как на проходке, так и на добыче. В практике разработки пологопадающих сильвинитовых пластов мощностью 1-3 м Старобинского месторождения за короткий период произошёл переход
от камерной системы с жесткими, а затем с податливыми (Житков Э Ф ) целиками к системе разработки длинными столбами по простиранию с обрушением кровли. Прорыв в теории и практике разработки маломощных пологопадающих сильвинитовых пластов достигнут благодаря исследованиям таких учёных, как Р.С.Пермяков, М.П.Нестеров, (О.П.Шокин, М.М.Зайцев, В.А.Сорокин, Т.Е.Денкевич, В.И.Зеленкин, К.А.Степанов и др.. Такая система применяется при разработке сильвинитов Эльзасского месторождения (Франция), Наваррского бассейна в Испании, месторождения троны в США (штат Вайоминг), возможно применение на отдельных участках рудниках Пийло при достаточной мощности водозащиты (40т). Камерно-столбовая система с квадратными целиками применяется для разработки Карлсбадского месторождения США (извлечение достигает 90%), на калийных рудниках ФРГ, прошла испытания на Верхнекамском месторождении, изучена возможность применения на Калуш-Голынском месторождении. Очистная выемка полого-наклонных залежей в камерах с плоским и траншейным днищем развивается в направлении снижения трудозатрат на разделке отрезной щели, перехода к безлюдной выемке, применения буровзрывных добычных систем. Новый подход необходим к изучению технологии добычи с целью обеспечения равномерной отработки полого-наклонных залежей переменной и различной мощности.
В теории горного давления отсутствуют методы расчёта устойчивости междукамерных целиков с учетом бокового давления монолитной, породносухой закладки, ликвидационного заполнителя из рассолов и глинисто-солевых шламов, а также с учётом разгрузки их барьерными рудными, комбинированными и искусственными (закладочными) целиками. К числу неизученных проявлений горного давления относятся сосредоточенные провалы земной поверхности, механизм которых предстоит раскрыть в настоящей работе и разработать способы их предотвращения. Надёжное геомеханическое обеспечение необходимо для отработки целиков специального назначения.
Важное направление в теории управления горным давлением представляет собой выбор оптимального критерия устойчивости горных выработок, изыскание эффективных способов разгрузки, создание аналитических методов расчёта параметров разгрузки, долговечности охраняемых выработок, узлов сопряжений, камер большого сечения.
Глава 2. Обоснование схемы вскрытия, подготовки и отработки месторождения. Существующие схемы вскрытия месторожений полезных ископаемых и способы подготовки шахтных полей предназначены в основном для нисходящей отработки запасов. Классический вариант вскрытия вертикальными стволами и этажными квершлагами использован для разработки крутопадающих залежей Стебникского месторождения на рудниках СтКР-1 и СтКР-2. Расположение вентиляционных стволов — фланговое. Полого-
наклонные залежи Калуш-Голынского месторождения вскрыты вертикальными стволами и этажными (рудники Ново-Голынь, Калуш), капитальными (рудник Голынь) квершлагами, а также капитальными уклонами. Вскрытие рудного поля Пийло осуществляется в соответствии с проектом вертикальными стволами, капитальными квершлагами и уклонами. Расположение вентиляционных стволов преимущественно фланговое, изредка центрально-отнесенное (ствол N23 рудника Ново-Голынь). Разрушение бетонной крепи в вентиляционном стволе на длине 200м, арочной крепи в транспортном квершлаге, выброс нескольких ярусов сверхжёсткой тюбинговой крепи во вспомогательном стволе привели к значительному увеличению продолжительности строительства рудника Пийло (до 20 лет) вместо 10 и к необходимости изыскания альтернативных вариантов вскрытия.
Изучение накопленного практического опыта показало, что развитие схем вскрытия рудных месторождений происходит в направлении использования вертикальных, наклонных стволов и автомобильных съездов, этажных и капитальных штолен. С помощью вышеуказанных выработок вскрыты апатито-нефелиновые залежи Кокисвумчоррского и Юкспорского месторождений, месторождение рудника Руттан в Канаде, а свинцово-цинковое месторождение рудника Сулливан - горизонтальной штольней длиной до 3 км. Штольневое вскрытие применено для разработки Квайсинского, Хоникомского и Згидского рудных месторождений. Горизонтальной штольней длиной до 200м вскрыт вертикальный ствол №7 на руднике Калуш, пройденный со склона Войниловских высот. В практике разработки соляных месторождений известно вскрытие наклонными стволами Нахичеванского каменно-соляного месторождения. Наклонным стволом сечением 5x3 м2 и двумя вертикальными стволами диаметром 5,3м вскрыто месторождение сильвинита у населённого пункта Кардона в Испании. Стволы пройдены в соляном штоке на глубину 720м, наклонный ствол пройден в ядре антиклинами под углом 16°. Длина наклонного ствола с уклонами, его продолжающими, достигает 4600м.
В результате анализа научных исследований и практического опыта установлена возможность вскрытия калийных месторождений Предкарпатья наклонными стволами при надёжной гидроизоляции водоносных горизонтов методом замораживания пород, тампонажа или создания многослойных противофильтрационных завес ПФЗ, а также разгрузки слабых пород с помощью податливого слоя. Наклонными стволами можно было вскрыть шахтные поля рудников Калуш, Голынь, Ново-Голынь, Пийло с гор. +40м рудника Ново-Голынь уклоном длиной до 800м. Оптимальный вариант вскрытия калийных месторождений Предкарпатья должен выбираться путём технико-экономического сравнения альтернативных вариантов - вертикальными, наклонными стволами и автомобильными съездами.
В условиях калийных месторождений Предкарпатья преимущественно применяется этажная подготовка, развитие которой
происходит в направлении увеличения высоты этажей как при крутом, так и полого-наклонном падении залежей. Панельная подготовка обособленных линз применялась На рудниках Калуш, Голынь, запроектирована на руднике Пийло. Широко применяется для подготовки горизонтальных и слабонаклонных сильвинитовых залежей Верхнекамского и Старобинского месторождений, ФРГ, Эльзаса и Карлсбадского.
Решение многих проблем добычи и переработки каинито-лангбейнитовых руд достигается при переходе к восходящему порядку отработки калийных месторождений. Прежде всего при восходящей отработке на длительный период обеспечивается сохранность (сплошность) водозащитного слоя - потолочины, поскольку запасы верхнего этажа отрабатываются в последнюю очередь. Создаются благоприятные условия для заполнения выработанного пространства отходами обогащения каинито-лангбейнитовых руд без сооружения дорогостоящих гидроизоляционных перемычек, закладка не представляет опасности для работающих, поскольку подготовительные и очистные работы ведутся этажом выше. Одновременно с отработкой запасов осуществляется ликвидация рудника. Использование в качестве закладочного материала отходов обогащения каинито-лангбейнитовых руд позволяет ликвидировать потенциально опасный способ их складирования на поверхности, исключить загрязнения окружающей среды и сохранить ценную полезную площадь .
Наиболее удачно восходящий способ отработки сочетается со схемой вскрытия вертикальными стволами крутопадающих залежей, где камеры имеют форму вертикальных силосов, что создаёт благоприятные условия для самотечного выпуска руды и самотечной закладки их любым материалом - сухим породным или растворным. Не утрачена возможность отработки в восходящем порядке оставшихся запасов Стебникского месторождения, предусмотрена в проекте рудника Пийло. Несомненные преимущества восходящего способа отработки месторождений доказаны практически на рудниках цветной металлургии Австралии, Канады, России, опыт работы которых изложен в трудах д.т.н.М.Н.Цыгалова, В.И.Хомякова и др.
Схемы вскрытия на многих рудниках цветной металлургии отличаются применением скважин специального назначения - для подачи закладочного материала: Тасеевском, Гайском, Оутокумпу, Геко, Флин-Флон, Эльдорадо, Маунт Айза, ЗЖРК и др. На угольных месторождениях скважины специального назначения используются в основном для проветривания шахт.
Впервые в практике разработки калийных месторождений вскрытие скважинами специального назначения было осуществлено на СтКР-2. Теоретическую основу способа вскрытия составила многослойная гидроизоляция водоносных горизонтов при соблюдении следующих условий: ствол скважины должен быть заложен в зоне поднятия соляного зеркала; безводность надсолевой толщи пород; отсутствие
карстовых полостей и геологических нарушений; расстояние от конца скважины до действующих выработок должно быть не менее 30м; тампонажные растворы должны обеспечивать высокую непроницаемость и сцепление с вмещающими породами.
Технология проходки включала бурение скважин, установку трубной колонны, промывку затрубного пространства чистой водой или глинистым раствором, тампонаж цементным раствором для холодных скважин (цемент по ГОСТ 1581-63), затворяемым на чистой воде с водоцементным отношением 0,4 - 0,5; испытание тампонажного раствора на герметичность под давлением Юат с помощью промывочного насоса в течение 30 мин.; испытание колонны на перекрытие воды. Таким образом производят гидроизоляцию первой обсадной колонны (кондуктора), которая перекрывает четвертичные отложения и галечниковый водоносный горизонт. Вторая колонна труб перекрывает надсолевую толщу пород и заглубляется на 30м ниже соляного зеркала. Промывка затрубного пространства производится хлормагниевыми природными рассолами с концентрацией солей 380г/л, тампонаж затрубного пространства - раствором каустического магнезита на хлормагниевых рассолах в соотношении 900кг на 700л. Аналогично производится промывка и тампонаж третьей обсадной колонны, перекрывающей всю толщу налегающих пород. Всего на СтКР-2 пробурено 4 скважины специального назначения: СП-1, СП-2, СП-3 диаметром 610 - 394мм и с глубиной обсадки 98,7 - 128,0м; СП-4 -диаметром 1000 - 490мм с глубиной обсадки 133м. Проходка скважин осуществлялась Загайпольской и Юго-Западной ГРП. Бурение производилось станком 1БА-15В, тампонаж затрубного пространства -агрегатом ЦА-320. Продолжительность строительства одной скважины с учётом бурения опережающей скважины диаметром 93мм составила в среднем 3 мес. Проверка показала, что способ вскрытия калийных месторождений Предкарпатья скважинами специального назначения обладает высокой надежностью и может быть использован для внедрения на других калийных месторождениях. Технология проходки скважин была доведена до совершенства с помощью учёных ВНИИГалургии к.т.н. Парфёнова А.П.; Швецова Г.И.; Липницкого В.К.; Григорова Ю.С. и работников ГГХП Полиминерал Яковлева НИ., Краснокутского А.Ф., Драновского Й.Ф. Для создания противофильтрационной завесы в районе камер № 115-116 была пробурена серия тампонажных скважин ПО Спецтампонажгеология, но остановить течь не удалось
Глава 3. Оптимизация технологии проходки и добычи. Основным способом проходки капитальных, горноподготовительных и нарезных выработок на калийных рудниках Прикарпатья является буровзрывной с применением породопогрузочных машин ППМ-4м или скреперных установок на погрузодоставке горной массы. Производительность труда проходчика составляет 0,4 - 0,6 пог.м. в смену, подвигание забоя в месяц до 60м. Такая технология с применением переносного бурового
оборудования (ЭБГП-1У5) обеспечивает эффективную разработку калийных залежей мощность 10м и более. Но при уменьшении мощности пластов до 4м и ниже существующая технология проходки не обеспечивает качественное и своевременное воспроизводство очистного фронта, уровень эффективности разработки снижается до порога рентабельности, что вызывает необходимость повышения темпов проходки. Некоторое повышение темпов проходки может быть достигнуто за счёт неиспользованных резервов буровзрывной технологии - увеличения глубины шпуров, бурения врубовых скважин большого диаметра, изменения конструкции врубов, применения обратного или встречного инициирования зарядов. Основоположником технологии проходки горных выработок на калийных рудниках с применением врубовых скважин большого диаметра является ВНИИГалургии (к.т.н. Рамоданов Б.И.), с применением обратного и встречного инициирования зарядов - ППИ (д.т.н. Лыхин П.А и др.). За счёт совершенствования взрывоотбойки породы в горных выработках на калийных рудниках Прикарпатья производительность труда проходчика можно повысить в 1,2 - 1,3 раза. Оптимальный вариант проходческого комплекса - УБШ - 520 ДЭВ, МБС-1, ЗМКД-1К, ПД-12 - может повысить • производительность труда в 1,5-2 раза по сравнению с существующей технологией. Причём вследствие повышенной вязкости для отбойки соляных пород необходимо бурить шпуров вдвое больше расчётного по формуле М.М.Протодьяконова.
Для разрушения механическим способом пригодны проходческие комбайны: по зуберу (соленосной глине) - ШБМ-2, ПК-8, 4ПП-2; по рудосодержащим породам - КГ- 3750, КРТ, Роббинс, Марк-12, Урал-20КС, АМ-50, АМ-85, Kawasaki. Высокая интенсивность проходки может быть достигнута комбайнами с исполнительным органом гидроударного, в перспективе - турбинного типа. Разрушение слабых пород с твердыми включениями буровзрывным способом приводит к нарушению устойчивости лриконтурного массива, к выпуску большого количества излишней породы и в конечном итоге к разрушению крепи (транспортный квершлаг, рудник Пийло). Скорость проходки по таким породам комбайном существенно снижается из-за износа резцов. Для проходки по рассланцованным глинам (мыдлярке) с включениями песчаника на солевом цементе предложен способ с предварительным ослаблением призабойного массива безвыбросным взрывом или невзрывчатым разрушающим средством НРС-1. При безвыбросном взрыве заряд уменьшается от центра к контуру выработки в соотношении 1,5: 1,25: 1. В результате предварительного ослабления (первичной отбойки) происходит образование трещин в призабойном массиве. Радиус развития трещин вокруг одиночного заряда под данным натурных исследований составляет 0,3 - 0.4м и совпадает с результатами других исследователей О.С.Лысенко, И.Д.Мухина, .В.Н.Тюпина, В.А.Редькина, О.А.Тимантеева, В.Г.Зильбершмидта. Б.Н.Кутузова, В.М.Глобы, И.Е.Хмары и др. Вторичная отбойка
ослабленного призабойного массива осуществляется фрезой комбайна 4ПП-2. Эффективность проходки в целом повышается за счёт длительной устойчивости выработки без замены крепи. С предварительным ослаблением призабойного массива необходимо оформлять контуры камер большого сечения, проходить разгружающие выработки у стволов, разрушать деформированную крепь при ремонте стволов, околоствольных выработок и применять во всех случаях, когда необходимо сохранить приконтурный массив нетронутым.
Технология очистной выемки основана на буровзрывной отбойке и скреперной доставке руды. Разработка мощных крутопадающих залежей Стебникского месторождения осуществляется системой этажных ортов с такими параметрами: высота этажей 60м; толщина междуэтажной потолочины 12м; ширина камер 15м; междукамерных целиков 12м. Развитие системы этажных ортов происходит в направлении увеличения высоты камер до 120м и ширины до 30м при ширине междукамерных целиков до 20-25м. Оптимальный вариант очистного комплекса при использовании существующей техники: ЭБГП-1У5, ВДПУ-4ТМ, СП-80К, СМБ-170. Транспорт руды по горизонтальным выработкам концентрационного горизонта - ленточными конвейерами КЛБ-800, 1ЛУ. При внедрении бурового станка СВБ-50В производительность труда забойного рабочего повысится в 1,5 - 2 раза. Отработка крутопадагащих пластов мощностью до 20м производилась системой этажно- подэтажных штреков камерами длиной до 42м при ширине междукамерных целиков 12м. Развитие системы этажно-подэтажных штреков происходит в направлении увеличения длины камер по простиранию и высоты до 120м (к.т.н.Рыженьков A.M., Иванов А.А.ЛГИ) и применения монорельсовых комплексов КПВ, КОВ-25 на очистной выемке (к.т.н.О.С.Лысенко, М.М.Зайцев, Ю.С.Григоров, ВНИИГ),
Полого-наклонные залежи Калуш-Голынского месторождения мощностью до 20м отрабатывают камерами с плоским днищем в три стадии: нижний слой (подсечку) вынимают с опережением не более Юм от забоя верхнего слоя (кровли) в прямом порядке; в обратном порядке отрабатывают запасы руды в предохранительном уступе над людским ходком. Наращивание добычи без дополнительной проходки возможно в камерах с плоским днищем за счёт частичной выемки междукамерных целиков, т.е. применения системы разработки с ленточно-прерывными целиками. В процессе отработки камерного запаса в прямом порядке с помощью взрывного выброса руды веерными зарядами формируют полукамеры с одной стороны целика, а при отработке предохранительного уступа в смежной камере образуют вторичные полукамеры с другой стороны целика. Важным параметром системы с ленточно-прерывными целиками является расстояние между вторичными камерами, которое устанавливается расчётом.
Отработка пластов мощностью до 30м с плоским днищем возможна двумя подэтажами с опережающим верхним, двумя
подэтажами с отработкой нижнего подэтажа и плоской подсечки в прямом порядке, а верхнего подэтажа - в обратном, причём одновременно погашается предохранительный уступ. При отработке пластов камерами с верхней подсечкой и креплением кровли анкерами возможно обрушение породы со стенок камеры.
Полная безопасность работ в камере с плоским днищем обеспечивается с применением ПДМ или бульдозеров с дистанционным управлением Однако неровный профиль плоского днища (а порой выпукло-вогнутый) не позволяет осуществить безлюдную доставку руды по камерам. На основе анализа технологических схем установлено, что оптимальным вариантом является система с верхней и нижней подсечкой при обработке стенок канатными пилами и подрезке почвы врубовыми машинами. Такой вариант системы открытых камер с плоским днищем допускает хождение людей в открытом выработанном пространстве и обеспечивает высокую эффективность за счёт применения комбайнов на выемке верхней подсечки, высокопроизводительной техники на бурении скважин, экскаваторов на погрузке руды, самоходных дробильных установок, телескопических конвейеров и самоходного погрузочно-доставочного оборудования (циклично-лоточная технология добычи, рудоуправление Артемсоль). Важнейшим фактором высокой эффективности системы является постоянная высота камер (галерей) до 44м и ширина 17м.
Применение камерной системы с верхней и нижней подсечкой на калийных рудниках Прикарпатья ограничивается локальными участками с большой мощностью пластов. Повсеместно пласты мощностью более 20м отрабатываюся системой открытых камер с траншейной подсечкой, этажной или подэтажной отбойкой. Максимальная производительность камер при скреперной доставке достигает 10 тыс.т в месяц, средняя - 56 тыс.т (с плоским днищем 4-5 тыс.т), выемочного участка при.работе нескольких камер на сборный конвейер - до 40 тыс.т в месяц.
Оптимальные варианты технологических схем: 1) СВБ-50В; ВДПУ-4ТМ; СП-80К; ДКЗ; СМБ-170; КЛБ-800 (1ЛУ); 2) СВБ-50В; ПНБ-ЗК; 5ВС-15М; СП-202: СМБ-170; 1ЛУ 3) СВБ-50В; ПД-12; СП-202 .
Система открытых камер с траншейным днищем более безопасна, чем с плоским, но обладает более высокими эксплуатационными потерями руды в днище (до 10%). В зависимости от мощности залежи h, ширины камеры А и буродостаБОчной выработки b потери руды в днище составляют Пэ = 17,5(A-b)2/Ah, %
Повышение эффективности добычных работ достигается за счёт применения системы открытых камер с общей рассечкой: на 48 чел-смен снижаются трудозатраты при разделке отрезной щели, производительность вторичной камеры повышается в 1,5 раза, коэффициент стабильности - в 2 раза, извлечение руды - на 10%. В качестве отрезной щели для соосно расположенных камер используются ранее отработанные камеры верхнего этажа, для перекрестно расположенных камер - специально отработанная по
простиранию или по восстанию камера. Основные условия безотрезной отработки вторичных камер: запас прочности междукамерных целиков должен быть не менее 2,5; величина пролета в сопряжении должна быть не более 30м по диагонали; для обеспечения запасного выхода выпускные ниши под выработанным пространством должны быть надёжно изолированы канатно-сетчатыми перемычками.
Неравномерность отработки характерна для Калуш-Голынского месторождения, где мощность пластов изменяется не только по основным направлениям, но и по длине каждой выемочной единицы -камеры. Для решения этой проблемы был использован новый вид испедований - распределение добытой руды по вынимаемой мощности и по годам, т.е. в пространстве и во времени. Исследования технологии добычи на руднике Ново-Голынь показали, что основные запасы на мощных пластах были отработаны в течение первых 15 лет, а затем отрабатывались запасы маломощных залежей. Отношение средневзвешенной выемочной мощности к среднеэксплуатационной изменялось от 0,7 до 1,4 и снова до 0,7. Это существенно повлияло на технико-экономические показатели соледобычи: себестоимость 1т руды возросла с 3 до 7 руб., удельный объем подготовительно-нарезных работ на 1000т добычи увеличился с 5 до 10 пог.м., себестоимость проходки возросла с 3,8 до 12 руб./мЗ. Явно выраженной неравномерностью отличается отработка запасов участка Сивка-Калушская, где пласт К-1 мощностью до 100м был отработан в первую очередь, а затем маломощные (2-5м) пласты К-1 в, К-2, К-5, причём через 10 лет с нижележащего горизонта + 140м. Это привело к потере на гор.+190м до 2000 п.м. выработок.
Неравномерность отработки месторождения объясняется отсутствием системы управления технологией добычи, для создания которой были проведены исследования отдельных технологических процессов. Для различной мощности пластов 1; 2,5; 4; 5-20; 30; 40м и ширины камер от 8 до 13м были разработаны паспорта (до 400) буровзрывных работ . Из условия равенства реального и условного вееров были получены аналитические выражения для расчёта параметров отбойки: количества скважин, величины заряда, расстояния между концами скважин. Путём сравнения паспортно-расчётных и фактических данных получены аналитические выражения для определения удельного объема работ по бурению и заряжанию скважин в зависимости от вынимаемой мощности пласта (высоты отбиваемого
слоя): = 0/1 + 0,5/г -0,1//), п.м./т, удельного расхода
Ч„» = '-З /(У10/г + 0,5//2), кг/т и других материалов.
В результате обработки практических данных получена экспоненциальная зависимость производительности скреперной
установки от длины доставки - = Ку-еи ,Ь50 где К,- коэффициент, учитывающий емкость скреперного ковша, такого же вида графическая и
аналитическая зависимость получена для производительности ПДМ: ph! _ f.i-m«
для камер с плоским дшннем А';',:
для камер с траншейным днищем К,
Здесь в формулах: А -ширина камеры, м; а - ширина междукамерного целика, м; /- наклонная высота этажа, м; длина выемочного участка по простиранию, м; Ь - ширина буроподсечной выработки, м; /г- мощность пласта, м; 20 - длина верхней и нижней горловин камер, м.
На основе полученных аналитических зависимостей созданы экономико-математические модели себестоимости и трудоемкости добычи 1т руды. При отработке пластов системой открытых камер с плоским днищем показатели трудоемкости и себестоимости определяются как средневзвешенные для нижнего и верхнего слоя.
Расчеты по экономико-математическим моделям адекватны действительным экономическим процессам, соответствуют экономической сущности технологии добычи руды, но отличаются громоздкостью. Поэтому они были трансформированы в графические зависимости гиперболического типа (рис.2), которые описываются простейшими уравнениями вида Т = 0,03+0,22/И, чел.см./т; С = 1,5+3,б/И, руб/т . Себестоимость и трудо емкость добычи не должны превышать значений, принятых за стандарт- для средневзвешенной мощности пласта10м( То= 0,0522 чел.см; Со = 1,85 руб./т.).
Отработка пластов такой мощности с помощью переносно-го забойного оборудования, взры-вной отбойки и скреперной дос-тавки должна обеспечивать рен-табельность калийно-магниевого производства не менее 30%.
Механизм работы системы управления технологией добычи: из графиков или их уравнений для каждой выемочной единицы (камеры) определяют показатели трудоемкости и себестоимости добычи 1т руды (франко-люк); умножают их на объём добытой руды в каждой камере за любой период времени; сумму произведений делят на суммар-ный объем добычи из всех камер. Полученные средневзвешенные значения должны быть ниже принятых за стандарт. В том случае, когда расчётные показатели себестоимости и трудоёмкости добычи будут превышать стандартные значения, необходимо скорректировать объем
0,05 0,1 0.15 0,20 Т»,чсл
добычи: уменьшить его на маломощных и увеличить на пластах средней и большой мощности, т.е. изменить структуру добычи.
Расчеты показали, что буровзрывной добычной комплекс [ УБШ-520ДЭВ, ЗМКД-1К, ЛД-12 ] может обеспечить заданный уровень рентабельности при выемке пластов мощностью 4м или многослойно-многоходовой выемке пластов гораздо большей мощности. При отработке залежей с квадратными целиками, кроме того, повышается извлечение руды на 10%.
Система управления технологией добычи может быть реализована при отработке запасов рудника Пийло, а также при разработке залежей переменной мощности на других рудниках, свиты пластов различной мощности, для обеспечения минимально допустимой кондиционной мощности пласта, для определения долевого объёма
добычи забалансовых запасов.
Глава 4. Использование и складирование отходов калийного производства. В результате переработки каинито-лангбейнитовых руд флотационным способом на СтКЗ (ныне ГГХП Полиминерал): выход галитовых отходов обогащения составлял - 17%, глинисто-солевых шламов - 47%. Состав галитовых отходов: каинит -13,34%, лангбейнит -8,05%, полигалит - 10,33%, кизерит - 7,64%, и.о.- 6,15%, Н20 - 15,52%, - 5,91%. Галитовые отходы обогащения размещались на поверхности в хвостохранилище гидравлическим способом, глинисто-солевые шламы - в шламохранилище.
На Калушском заводе калийных удобрений концерна "Ориана" переработка каинито-лангбейнитовой руды, поступавшей с рудника Ново-Голынь и Домбровского карьера, осуществлялась комплексным галургическо-флотационным методом, а с 1983г. - только галургическим методом. Фактический ассортимент выпускаемой продукции включает: калимагнезию порошковую и гранулированную, техническую соль и хлормагниевые щелока. Анализ работы калийно-магниевого производства за 28 лет с 1967 по 1995г. показал, что извлечение калия в калимагнезию составляет 0,548, магния в металл - 0,235, хлористого натрия в техническую соль - 0,044. К отходам калийно-магниевого производства относятся галит-полигалитовый остаток, глинисто-
0 1 2.0 3,0 4,0 с\ ру€Д
Рис2. Зависимость трудоёмкости и себестоимости 1т руды от мощности пласта
солевые шла,мы, гипс Средний состав галитовых отходов обогащения каинито-лангбейнитовых руд: каинит- 4,28%, лангбейнит - 12,37%, полигалит - 9,74%, галит - 51,9%, и.о. - 7,06%, К20 - 6,12%. Размещение галитовых отходов обогащения производилось в хранилище №1, в настоящее время размещают в хвостохранилище №2, глинисто-солевые шламы - в шламонакопителе. Удельные капитальные затраты на строительство хвостохранилищ составляют 1,86 - 2,4 руб. на 1м3 вместимости, себестоимость размещения галитовых отходов гидравлическим способом - 2,08 руб./м3. Под ' солеотвалы и хвостохранилища изьято на Прикарпатье около 400 га пахотных земель, ценность которых составляет до 4000 дол. за 1 га. На калийных предприятиях Верхней Камы и Солигорска отходы обогащения руд размещают в отвалах и хвостохранилищах гидравлическим способом, влажные отходы транспортируют конвейерным способом и размещают реактивными метателями, формируя высотные (до 100м) солеотвалы.
Гидравлическая закладка выработанного пространства галитоеыми отходами применяется на калийных рудниках ФРГ, Солигорска, Верхней Камы. Закладка глинисто-солевыми шламами впервые была применена на Центральном поле рудника Калуш, в настоящее время применяется на Березниковском калийном руднике № 1 и Соликамском калийном руднике №2 (к.т.н. В.А.Борзаковский). Конвейерным транспортом доставляют карналлитовые отходы влажностью 6- 8% и крупностью до 20мм на калийных рудниках Березников и Соликамска, закладочный массив в камерах возводится скреперными установками, роторными метателями, с помощью ПДМ и самоходных вагонов. Добыча галитовых отходов обогащения из техногенных массивов (хвостохранипищ и солеотвапов) осуществляется на Верхнекамском месторождении.
Исследования конвейерного способа транспортировки на .СтКР-2 показали, что галитовые отходы обогащения влажностью более 14 -16% невозможно доставлять ленточными конвейерами из-за налипания на ленту. Для транспортировки отходов повышенной влажности необходимо использовать пневмогидравлический способ, который успешно применяется на рудниках цветной металлургии для подачи плотных (литых) твердеющих смесей влажностью не менее 30%. Подобным способом было предусмотрено подавать глинисто-солевые шламы в выработанное пространство пласта Зигмунт (СтКР-1), гидрозакладка галитовыми отходами была предусмотрена на руднике Ново-Голынь.
При восходящей отработке и закладке обеспечивается безопасность горных работ, отпадает необходимость сооружения перемычек, обеспечивается безусадочное заполнение выработанного пространства закладочным материалом.
На основе галитовых отходов обогащения как заполнителя было получено до 50 составов твердеющей закладки, из которых для практического применения рекомендованы с добавками каустического
магнезита (1-2)%, негашённой извести и бишофита (2,5/1,0)%, некондиционных руд или пустых пород от проходки выработок 5%, тонкомолотой золы 5% (эологалит), доменного гранулированного шлака 5% (шлакогалит) и др. Разработаны технологические схемы приготовления и транспортирования твердеющей закладки двух и трехкомпонентного состава. С помощью твердеющей закладки можно возводить комбинированные барьерные полосы, отрабатывать рудные залежи сплошной камерной системой, т.е. производить отработку и закладку камер через одну. Новые твердеющие смеси созданы на основе глинисто-солевых шламов (кх.н. Бишко Я.В.) и на основе смешанных шламо-солевых отходов для калийных рудников Верхней Камы (к.т.н. Ю.Г.Кравченко).
Важным направлением развития калийно-магниевого производства является снижение выхода отходов за счёт внедрения более совершенных технологических схем переработки руды, например, укороченной схемы полного расстворения (НИИГалургии). Другим направлением использования отходов калийного производства является вторичная их переработка: из 1т галитовых отходов можно извлекать до 722г брома, в глинисто-солевых шламах содержатся такие микроэлементы, как железо, никель, медь, титан, марганец, барий, хром, ванадий и др. Однако существующие методы обогащения не позволяют производить вторичную переработку отходов даже с целью извлечения окиси калия и магния, содержание которых достигает 6% и 4%. Поэтому галитовые отходы обогащения и глинисто-солевые шламы необходимо размещать в выработанном пространстве рудников.
К отходам горнорудного производства относятся также пустые породы и некондиционные руды, добываемые в процессе проходки горных выработок. Выход их составляет в среднем 10% от объема добытой руды. Технология сухой породной закладки включает транспортирование породы в вагонетках из забоев подготовительных выработок, разгрузку круговыми опрокидывателями и последующее размещение в камерах с помощью скреперных установок, ПДМ или самоходных вагонов. Породы от проходки капитальных выработок -стволов, квершлагов, околоствольных выработок - размещают на поверхности в отвалах.
К отходам производства на Домбровском карьере относятся вскрышные породы. Из них почвенный слой и суглинки используются для рекультивации хвостохранилищ, солеотвалов, гравийно-галечниковые отложения - в качестве строительного материала, породы ГГШ - для сооружения гидроизоляционных экранов. В отвалах складируют вмещающие породы (зубер) и некондиционные руды, суглинки, галечниково-песчаную смесь, породы ГГШ, электролит с магниевого завода и примеси мягкой вскрыши (довскрыша). Внешние солеотвалы существенно повышают экологическую опасность открытого способа разработки, что подтверждает общую тенденцию развития горного производства на увеличение объёма подземной добычи
полезных ископаемых. Размещение вскрышных пород по внутренних отвалах или в старых карьерах является оптимальным решением на текущий момент.
Разновидностью отходов калийного производства являются рассолы, которых накопилось в Калуше до Змлн.м3 на южном участке Домбровского карьера, 1,Змлн.м3 в аккумулирующих бассейнах, до 1,5 млн.м3 в хвостохранилище №2 и до 1 млн.м3 в шламонакопителе. Вариант закачки рассолоотходов в юрские известняки в принципе возможен, опробован, но не осуществим по причине ликвидации насосных установок и оборудования. Реально осуществляется закачка рассолов в выработанное пространство рудника Ново-Голынь, объем которого составляет 12 млн.м3. Безусловно эффективным является вариант использования рассолов в технологическом процессе для получения калийно-магниевой продукции.
Глава 5. Управление геомеханическими процессами. Надёжность управления геомеханическими процессами предопределяют физикотех-нические основы, включающие исследования и текущий контроль физико-механических свойств рудосодержащих, вмещающих пород, закладочного материала, натурные наблюдения за напряжённо-деформированным состоянием горных массивов и выработок, сдвижением земной поверхности. Наиболее известными в этом направлении являются исследования таких учёных, как Проскуряков Н.М., Пермяков P.C., Черников Н.К., Нестеров М.П., Львова A.B., Карташов Ю.М., Усаченко Б.М., Глушко В,Т., Ливенский A.C., Савченко А.Ф., Борщ-Компониец В.И., Ширко Г.И., Ямщиков B.C., Юдин Р.Э., Яворский Б.Н., Ержанов Ж.С. Кацауров И.Н. Капленко Ю.П., Либерман Ю.М., Щелканов В.А., Заславский Ю.З., Литвинский Г.Г., Картозия Б.А., Кошелев КВ., Филатов H.A., Баклашов И.В., Зборщик М.П. и др.
Лабораторные исследования физико-механических Ьвойств рудосодержащих и вмещающих пород на образцах кубической, призматической и неправильной формы позволили определить влажность, пористость, прочность на одноосное сжатие, растяжение, изгиб, модуль упругости, коеффициент Пуассона. Получены зависимости изменения прочностных характеристик пород от глубины залегания, влажности. Из горнотехнологических характеристик определена абразивность пород методом истирания латунной трубки. Изучение механизма деформирования и разрушения соляных пород производилось на цилиндрических образцах глинистой каменной соли диаметром 150мм и высотой 600мм с помощью ультразвуковой установки УЗП-62. По данным ультразвуковых исследований установлено, что процесс деформирования носит нелинейных характер и протекает в основном в области псевдопластических деформаций. При увеличении действующей нагрузки до ai=0,2 R от разрушающей наблюдается уплотнение материала образца, а затем до ^=0,4 R - разуплотнение с образованием микротрещин; при нагрузке более cti=0,4 R
Я начинается ускоренный процесс разуплотнения структуры, переходящий в лавинообразное разрушение образца (рис.3).
Сопровождается процесс разрушения появлением вертикальных, а затем наклонных макротрещин отрыва с последующим расширением материала образца в поперечном направлении и образованием вертикальных уплотненных конусов породы встречного направления. Подобным образом происходило разрушение каждого