Способ разработки соляных залежей

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке соляных залежей. Задачей изобретения является уменьшение вероятности прорыва вод в горные выработки и надежное поддержание налегающих пород и земной поверхности. Способ включает вскрытие месторождения до нижнего горизонта, подготовку и отработку запасов соосными камерами в восходящей последовательности с формированием устойчивой геомеханической системы путем возведения междукамерных, комбинированных барьерных целиков и погашения оставшихся пустот с помощью ликвидационного заполнителя. Для достижения поставленной задачи запасы на границе с водозащитной потолочиной отрабатывают в последнюю очередь. При этом равное на всех этажах межосевое расстояние выбирают из условия, чтобы пролет камер на верхнем этаже не превышал предельно допустимой устойчивой ширины, а на нижнем этаже пролет был не менее минимально допустимой технологичной ширины. 4 ил.

Изобретение относится к области разработки соляных месторождений в восходящей последовательности камерной системой с жестким поддержанием кровли.

Известен способ отработки запасов ценных руд сплошной камерной системой восходящими слоями в пределах этажей и с полной закладкой выработанного пространства твердеющими материалами при нисходящем порядке отработки этажей (Иванов Н.Ф., Цыгалов Ю.М., Цыгалов М.Н. Эффективность восходящей отработки месторождений. Горный журнал, 1990, №12, с.21-23). Недостаток этого способа состоит в том, что он является дорогостоящим в связи с полной закладкой выработанного пространства твердеющими материалами, а нисходящий порядок отработки этажей не исключает прорыва вод в горные выработки верхнего этажа.

Известен способ отработки запасов крутопадающих залежей в восходящем порядке с полной закладкой выработанного пространства твердеющими материалами (Закладочные работы в шахтах. Справочник. М.: Недра, 1989, с.380). Однако заполнение выработанного пространства дорогостоящей твердеющей закладкой на основе привозных материалов исключает применение этого способа на калийных и соляных рудниках, а использование галитовых отходов обогащения калийных руд и глинисто-солевых шламов позволит только частично заполнить выработанное пространство (выход галитовых отходов и глинисто-солевых шламов при переработке 1 т руды составляет 0,6 т). Кроме того, бесцеликовая выемка калийных залежей средней мощности и выше недопустима в связи с необходимостью сохранения сплошности водозащитной толщи на весь срок эксплуатации рудника.

В задачу настоящего изобретения входило создание способа разработки соляных месторождений, исключающего прорыв надсолевых вод в горные выработки, ликвидацию накопленных пустот в процессе отработки запасов месторождения и надежное поддержание налегающих пород и земной поверхности при высокой интенсивности очистной выемки.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе разработки соляных залежей, включающем вскрытие месторождения до нижнего горизонта, подготовку и отработку запасов соосными камерами в восходящей последовательности с формированием устойчивой геомеханической системы путем возведения междукамерных, комбинированных барьерных целиков и погашения оставшихся пустот с помощью ликвидационного заполнителя, отличающийся тем, что запасы на границе с водозащитной потолочиной отрабатывают в последнюю очередь, причем равное на всех этажах межосевое расстояние выбирают из условия, чтобы пролет камер на верхнем этаже не превышал предельно допустимой устойчивой ширины, а на нижнем этаже пролет был не менее минимально допустимой технологичной ширины.

Для камер, ориентированных вкрест простирания при отработке мощных залежей системой подэтажных ортов, величина предельно допустимого пролета определяется из условия устойчивости несущего слоя потолочины на изгиб от воздействия собственного веса, а для камер, ориентированных по простиранию при отработке пластов системой подэтажных штреков, от воздействия нормальной составляющей собственного веса пород несущего слоя потолочины. Минимально допустимая технологичная ширина камер должна быть не менее 8-10 м.

На фиг.1 представлен разрез мощной крутопадающей залежи, отрабатываемой системой подэтажных ортов вкрест простирания в восходящей последовательности.

На фиг.2 представлена схема размещения камер, междукамерных и комбинированных барьерных целиков, порядок формирования устойчивой геомеханической системы на всей площади залежи.

На фиг.3 представлен разрез свиты крутопадающих пластов мощностью менее 30 м, отрабатываемых системой подэтажных штреков по простиранию в восходящей последовательности.

На фиг.4 представлена схема размещения камер, междукамерных и комбинированных барьерных целиков, порядок формирования устойчивой геомеханической системы по всей площади каждого из пластов в свите.

Осуществляется способ следующим образом. После отработки запасов нижнего этажа камеры 1 заполняют галитовыми отходами обогащения калийных руд и пустыми породами от проходки горных выработок, а камеры 2 заполняют рассолами или глинисто-солевыми шламами. Наиболее благоприятный вариант - заполнение свободных камер 2 золошлаковыми отходами за счет средств ТЭЦ и ГРЭС, заинтересованных в решении проблемы размещения золошлаковых отходов в выработанном пространстве шахт и рудников. По мере отработки вышележащих горизонтов ширина камер при постоянном межосевом расстоянии возрастает, а междукамерных целиков уменьшается. Таким образом формируется равноустойчивая геомеханическая система снизу вверх.

Применительно к условиям Стебниковского калийного рудника №2 (СтКР-2) отработка запасов крутопадающего пласта Основной возможна блоками камера+целик шириной 50 м: предельно устойчивый пролет камеры А=30 м на верхнем этаже уменьшается до минимально технологичного значения 10 м на нижнем (VI) этаже. При этом ширина междукамерных целиков увеличивается от α=20 м на верхнем этаже до 40 м на нижнем. Междукамерные целики оставляют с запасом прочности не менее 1,7, а за счет разгрузки комбинированными барьерными целиками из 5 заложенных камер галитовыми отходами или породно-сухим материалом, давления рассолов или глинисто-солевых шламов на кровлю камер и стенки междукамерных целиков запас прочности последних повышается до 2,2-2,5.

При отработке свиты крутопадающих пластов по простиранию системой подэтажных штреков с межосевым расстоянием А+α=100 м ширина камер возрастает от 70 м на нижнем этаже до 85 м на верхнем этаже (ширина междукамерных целиков уменьшается соответственно от α=30 м до α=15 м).

Комбинированные барьерные целики возводят путем заполнения по четыре камеры 1 твердеющей или породно-сухой закладкой, а оставшиеся между ними камеры 2 заполняют рассолами или глинисто-солевыми шламами. Сформированные таким образом геомеханические системы должны обеспечить минимальное оседание земной поверхности и налегающих пород в течение длительного времени.

При отработке запасов ископаемых солей в непосредственной близости от водоносного горизонта возможен прорыв надсолевых вод в горные выработки, что наблюдалось на 40 калийных рудниках ФРГ. Оставление водозащитной потолочины из водонепроницаемых соляных и соленосных пород толщиной 30-60 м в соответствии с Указаниями ВНИИГалургии не спасло от проникновения вод в горные выработки СтКР-1, в камеры №115-116 СтКР-2, в солешахты Солотвинского, Артемовского и Соль-Илецкого месторождений. Восходящий способ отработки запасов позволяет сохранить горные выработки от затопления на период эксплуатации, повысить надежность водозащиты рудника.

Кроме того, отработка крутопадающих залежей в восходящей последовательности согласно предложенному способу позволяет обеспечить высокую эффективность очистной выемки за счет применения камер оптимальной технологичной ширины, надежность поддержания налегающих пород и земной поверхности, сократить период непроизводительной послеэксплуатационной работы рудника по ликвидации накопленных пустот с 10-15 лет (рудники Калуш и Ново-Голынь) до 5 лет, исключить строительство хвосто- и шламохранилищ на поверхности для размещения отходов калийно-магниевого производства, засоление подземных вод и изъятие из севооборота пахотных земель, предупредить возможные прорывы дамб хвостохранилищ.

Несмотря на некоторое увеличение продолжительности строительства рудников и солешахт, первоначальных капитальных затрат, предложенный способ может обеспечить значительный экономический эффект за счет экономии затрат на строительство хвосто- и шламохранилищ, на ликвидацию возможных прорывов их дамб и рекультивацию поверхности, а также на ликвидацию накопленных пустот в рудниках, за счет экономии затрат на охрану подземных вод от загрязнения солями, сохранения ценной полезной площади на поверхности.

Способ применим для отработки крутопадающих и пологонаклонных залежей на калийных рудниках ФРГ, Италии, США, для разработки Солотвинского, Артемовского и Соль-Илецкого каменно-соляных месторождений, а в основном для разработки пологонаклонных, крутопадающих и мощных пологих залежей Предкарпатского калиеносного бассейна, Прикаспийской синеклизы.

Формула изобретения

Способ разработки соляных залежей, включающий вскрытия месторождения до нижнего горизонта, подготовку и отработку запасов соосными камерами в восходящей последовательности с формированием устойчивой геомеханической системы путем возведения междукамерных, комбинированных барьерных целиков и погашения оставшихся пустот с помощью ликвидационного заполнителя, отличающийся тем, что запасы на границе с водозащитной потолочиной отрабатывают в последнюю очередь, причем равное на всех этажах межосевое расстояние выбирают из условия, чтобы пролет камер на верхнем этаже не превышал предельно допустимой устойчивой ширины, а на нижнем этаже пролет был не менее минимально допустимой технологичной ширины.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4