книги / Моделирование технологических схем выемки калийных руд с закладкой

визуальные наблюдения за состоянием целиков и кровли; оптические наблюдения за расслоением пород кровли с

помощью прибора РВП-469; нивелировка профильной линии, заложенной на земной по­

верхности над участками базового и рекомендованного вариан­ тов выемки руды.

В качестве основного средства для инструментальных ис­ следований кровли и поперечных деформаций междукамерных целиков были использованы реперы конструкции ВНИМИ и ЛГИ [18].

Репер конструкции ЛГИ представляет собой отрезок трубы, на котором с помощью мягкой проволоки диаметром 1 мм укреп­ лены четыре лепестка из эластичной резины толщиной и шириной 10 мм. Передающий элемент репера - штанга - из проволоки диаметром 5 мм и крепится к анкеру электросваркой. Закреп­ ляющий элемент репера устанавливается в шпуре диаметром 3642 мм и раскрепляется в нем с помощью резиновых лепестков.

Репер конструкции ВНИМИ отличается от репера конструкции ЛГИ элементом раскрепления в шпуре. У репера конструкции ВНИМИ раскрепление в шпуре крепящего элемента производится с помощью клиновой деревянной втулки.

Сравнительные испытания реперов различных конструкций показали, что в конкретных горно-геологических условиях должен применяться репер той конструкции, которая соот­ ветствует особенностям условий. Так, конструкция с эластич­ ным закрепляющим устройством (репер ЛГИ) более целесообразна

всравнительно "жестких” целиках, где деформации невелики и относительная деформация не превышает 0,6*0,8% (в наших наблюдениях - междукамерные целики). При больших деформациях элементов системы разработки происходит и деформация шпуров,

вкоторых закреплены реперы. При этом элемент крепления репера обжимается в шпуре неравномерно и происходят подвижки его вдоль шпура, что искажает картину наблюдений. В связи с этим при наблюдениях за деформацией межходовых целиков и кровли применялись реперы конструкции ВНИМИ, а за деформа­ цией междукамерных целиков - реперы обеих конструкций - ЛГИ и ВНИМИ.

Для более полной оценки напряженно-деформированного сос­ тояния пород было установлено 44 репера для замера попереч­ ных деформаций целиков, вертикальных стенок целиков, деформаций пород в кровле и конвергенции кровли и почвы (рис. 2.5).

Для замера поперечных деформаций междукамерных целиков был принят метод отсчета деформаций от условно неподвижной точки - центра целика. В одной скважине (шпуре) было уста­ новлено три замерные точки, что позволило оценить величины, а следовательно, и скорости поперечных деформаций отдельных участков целика в его горизонтальном (поперечном) сечении. Разница между отсчетами по точкам 1 и 4 определяла смещение

Рис, 2.5. Схемы уста­

новки		реперов		на	за­
мерных		станциях			для
а	наблюдения:
	за	поперечной			де­
формацией			целиков		(раз­
меры	для		опытного		ва­
рианта);		б	за	верти­
кальной		деформацией			це­

ликов; в - за деформа­

цией	пород	кровли и
сближением ее		с почвой;
О	4 - номера	реперов

пород целика на базе от устья замерного устройства до центра целика. Разница между отсчетами по точкам 1-4 и 1-3 дает смещение на участке от центра целика до расстояния 2,75 м. Разница между отсчетами по точкам 1-4 и 1-2 - смещение на участке 4,25 м от центра целика.

По полученным данным поперечных деформаций для целиков определялась относительная деформация и ее скорость. Для правого междукамерного целика камеры 168 при времени наблю­ дения 620 сут было установлено следующее.

При базе 5250 мм: относительная деформация 0,54%; изме­ нение скорости деформации - от 0,114 до 0,01 мм/сут; дости­

жение максимальной	скорости деформации - через 129 сут,
когда очистные работы	велись в 110 м от замерной станции.

При базе 4250 мм: относительная деформация 0,41%; изме­ нение скорости деформации - от 0,089 до 0,003 мм/сут; достижение максимальной скорости деформации - через 129 сут

при подвигании очистных работ на			110	м	(затем началось
падение скорости деформаций).
При базе 2750 м: относительная деформация 0,28%; измене­
ние скорости деформации	от	0,039	до	0,001	мм/сут; дости­
жению максимальной скорости		через	112 сут		при подвигании
очистных работ на 97 м.

Таким образом, относительная деформация в поперечном сечении, целика изменялась от 0,54 до 0,28%, максимальная скорость - от 0,114 до 0,039 мм/сут, минимальная скорость - от 0,01 до 0,001 мм/сут, уменьшаясь к центру целика. Макси­ мальной скорости деформации достигли через 112-136 сут при подвигании очистных работ на 97-100 м.

Для левого междукамерного целика камеры 168 при времени

наблюдения	620 сут зафиксированы следующие *показатели.
При базе 5250 мм: относительная деформация - 0,71%;
изменение	скорости деформации	от 0,112 до 0,016 мм/сут;
достижение	максимальной скорости	через 110 сут при подви­

гании очистных работ на 100 м (затем началось снижение скоростей деформации).

При базе 4250 мм: относительная деформация - 0,55%; изменение скорости деформации - от 0,098 до 0,016 мм/сут; достижение максимальной скорости - через 60 сут при подвигании фронта очистных работ на 70 м к замерной станции.

При базе 2750 мм: относительная деформация - 0,37%; изменение скорости деформации - от 0,044 до 0,0044 мм/сут, достижение максимальной скорости - через 60 сут при подви­ гании очистных работ на 70 м.

Таким образом, относительная деформация целика изменялась от 0,71 до 0,373%, максимальная скорость деформации - от 0,134 до 0,044 мм/сут, минимальная скорость - от 0,016 до 0,0044 мм/сут. Максимальной скорости деформации достигли через 60 сут при подвигании очистных работ на 70 м.

Для оценки поведения пород в стенках целиков (как междукамерных, так и межходовых) были проведены наблюдения за их вертикальными деформациями (см. рис. 2.5,а). Замеры произ­ водились с помощью индикаторов часового типа с точностью до 0,01 мм. Разница между последующими и начальными отсчетами дает величину смещения (сжатия) пород целика на соответст­ вующих базах: между точками 3-0, 2-3, 7-2. Затем произво­ дился перерасчет перемещений всех реперов относительно

нулевого	репера:
	из-о =		“ 1(з-ою'		из = Чз-о;
	V 2-3 =	1{2-3)1 ’	1(2-3)0'	Ц2	“	0 3-0 *	Ц2 -3 »
	"/-2 = ' (1-2)1 “ 1(1-2)0 и,					^2-3 + У1- 2'
где V	величина	деформации,		мм;	/(,	10	отсчет смещения

пород в момент времени I и нулевой отсчет, мм.

По полученным данным деформации целиков определялась скорость деформации целиков (мм/сут) и их относительная (%) деформация:

11/1\ е = ^/1 б ‘100%,

вде Ьб - расстояние между реперами, мм; 1 - время, сут. Графики зависимости относительной деформации и скорости

деформации целиков от времени (1) и фронта подвигания очистных работ (Ь), показанные на рис. 2.6, позволяют коли­ чественно и качественно судить о характере деформаций целиков.

Вертикальные деформации междукамерных целиков измерялись в камере 168 по реперам № 10 и № 12.

По реперу № 10 при базе 4730 мм: время наблюдений - 650 сут; относительная деформация - 0,69%; изменение скорости деформации - от 0,201 до 0,007 мм/сут; достижение макси­ мальной скорости деформации пород - через 85 сут при подви­ гании очистных работ на 80 м к замерной станции.

*,оут	о 30 100 200	250	300
	Расстояние до фронта очистных ропоту
Рис. 2.6. Параметры деформации междукамерных целиков:
а - скорость поперечной деформации	(база 5250	мм); б	относительная

деформация в зависимости от времени наблюдения и рассторжения до фронта очистных работ; I, 2 - правый и левый опорные целики камеры № 168

По реперу № 13 при базе 3520 мм: время наблюдений - 600 сут; относительная деформация - 0,68%; изменение скорости деформации - от 0,12 до 0,005 мм/сут; достижение максималь­ ной скорости - через 60 сут при подвигании фронта очистных работ на 60 м к замерной станции.

Таким образом, за время наблюдения за деформацией между­ камерных целиков в камере 168 (по реперам в стенке целика) относительная деформация целиков составила 0,69%, скорость деформации изменялась от 0,20 до 0,05 мм/сут, а максимальная скорость достигнута на 60-85-е сутки при подвигании очистных работ на 60-80 м к замерной станции. Опорные целики устой­ чивы, визуально наблюдается небольшое "шелушение” стенок целиков.

Те же деформации для межходовых целиков в камере 168 исследовались по реперам №№ 1 и 4.

Для репера № 1 при базе 4855 мм: время наблюдений - 600 сут; относительная деформация - 0,99%; изменение скорости деформации - от 0,222 до 0,075 мм/сут; достижение макси­ мальной скорости - сразу после проходки левого хода камеры 168.

Для репера № 4 при базе 4840 мм: время наблюдений - 375 сут; относительная деформация - 0,71%; изменение скорости деформации - от 0,226 до 0,017 мм/сут; достижение макси­ мальной скорости - сразу после проходки правого хода камеры 168.

Таким образом, за время наблюдения деформаций межходовых целиков опытного блока относительная деформация целиков

составила от 0,71 до 0,99%,		скорость деформации изменялась
от 0,226 до 0,017	мм/сут,	а максимальная	скорость	дости­
галась сразу после проходки смежных ходов камеры.				были
Для наблюдений	за деформацией кровли в		камере 168

установлены замерные станции в среднем и боковом комбайновых ходах. Для наблюдения за расслоением вышележащих пород были пробурены шпуры на глубину 10 м.

Деформация непосредственной кровли измерялась инструмен­ тальным методом относительно нулевого репера - почвы (см. рис. 2.5,в). Разница между последующими и начальными отсче­ тами дает величину сдвижения пород кровли вд соответствующих базах: между точками /-2, 7-5, 7-4 реперов и устьем. Изме­ рения проводились нутромером с точностью 0,1 мм. Затем производили перерасчет перемещения относительно нулевого репера:

и 2 " ,		'	"1-Г
У,	" ,	-	и 1 -Г
У.	и ,	-

где V - смещение репера 7, 2, 5, 4 относительно почвы, мм. По полученным данным определялась относительная деформа­

ция и ее скорости для кровли. Время наблюдения по четырем

реперам -	705	сут.
Для непосредственной кровли при базе 5800 мм конвергенция
составила	73,5	мм, а ее скорость изменялась от 0,24 до
0,07 мм/сут.

По второму реперу при базе 6800 мм относительная дефор­ мация составила 0,79%, а скорость деформации изменялась от 0,17 до 0,063 мм/сут.

При базе 8300 мм по >третьему реперу относительная дефор­ мация составила 0,47%, скорость деформации изменялась от 0,16 до 0,073 мм/сут.

По четвертому реперу при базе 9800 мм относительная де­ формация составила 0,38%, скорость деформации изменялась от 0,1 до 0,07 мм/сут.

Для наблюдений за поведением земной поверхности над участком, отработанным по опытным параметрам, на поверхности в этом районе в августе 1981 г. была заложена профильная ли­ ния из наземных реперов.

Расположение профильной линии над северной полупанелью обосновано тем, что эта полупанель раньше южной попадает в зону полной подработки, а соответственно и целики здесь ранее начинают испытывать полное горное давление. Следова­ тельно, здесь в более короткие сроки можно проследить за поведением земной поверхности и сделать вывод о поведении налегающих над пластом толщ горных пород. Над участком опытно-промышленных работ реперы были заложены через 25 м. Первый нивелирный ход был проложен по профильной линии сразу же после заложения реперов в августе 1981 г. Затем нивели­ ровки проводились ежегодно в течение четырех лет. Ведомость

(профиль XIII):

а - оседания; б - скорость оседания реперов 2(7), 5(2), 6(5), 7(4)

абсолютных отметок оседаний и рассчитанных на их основе скоростей оседаний приведены в прил. № 4.

Так как реперы 5-7 уже к концу 1981 г. практически попали в зону полной подработки на участках опытно-промышленных работ, то здесь отмечалось увеличение скоростей оседания земной поверхности. Реперы 10 и 11 имели меньшие скорости оседаний, так как могли попасть в зону полной подработки лишь при подходе к этому участку пятой западной панели. Реперы 1-4 в 1981 г. располагались над неподработанными участками, отработка которых планировалась по базовому

варианту системы. До 1983 г., пока реперы		1-4 не попали в
зону полной подработку, скорости	оседания земной поверхности
в этом районе были невелики - не	превышали	10 мм/г. С 1983

г. и под этими реперами скорость оседания земной поверхности стала возрастать, приближаясь к значениям скоростей оседаний в районе реперов 5-7, когда они оказались в зоне полной подробности. В 1984 г. по отдельным участкам (репер) ско­ рости оседания земной поверхности (в районе, отработанном по базовому варианту системы разработки) достигли 20 мм/г, т.е. совпали с максимальными скоростями оседания над участками, отработанными по предлагаемому варианту. Параметры оседания земной поверхности представлены на рис. 2.7.

2.3. АНАЛИЗ НАБЛЮДЕНИЙ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ ПРОВЕРКИ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

Наблюдения за поведением междукамерных целиков, прове­ денные в течение более 600 сут, показали, что деформации пород начинаются сразу после оконтуривания целика комбайно­

выми ходами» В первые 50-100 сут скорости деформации нарас­ тают. Это объясняется тем, что целики находятся в зоне опор­ ного давления. В дальнейшем, через 100-120 сут начинается снижение скоростей поперечной деформации из-за того, что целики выходят из зоны опорного давления. Далее, на 350- 400-е сутки наблюдений вновь отмечается увеличение скоростей поперечных деформаций. В этот период фронт очистных работ на Северной полупанели - четвертой Западной панели удаляется от станции наблюдения на 200-250 м. Фронт очистных работ по Южной полупанели также проходит станцию наблюдения и уда­ ляется от нее. При этом целики переходят в зону полной подработки и давление, испытываемое ими, приближается к у# . Затем скорости деформаций вновь снижаются и стабилизируются на уровне 0,02 мм/сут. Целик работает в режиме установив­ шейся ползучести.

Относительная деформация пород на 600-е сутки для правого целика камеры 168 - составила 0,54%, для левого - 0,69%.

Целики по своему сечению деформируются неравномерно: деформации увеличиваются от его центра к стенке.

Предельная поперечная деформация целиков для калийных пород составляет около 0,03 от ширины целика, т.е. для целика шириной 10,5 м - 315 мм. Наибольшая суммарная дефор­ мация левого целика на 600-е сутки составила 75 мм. При установившейся скорости поперечной деформации 0,02 мм/сут предельной деформации целик достигает более чем через 30 лет. Даже с учетом неравномерности деформаций по сечению целика срок службы целика следует считать более чем доста­ точным для своевременного проведения гидрозакладочных работ после окончания первой стадии выемки пласта.

Деформация межходовых целиков имеет характер отличный от деформации междукамерных.

Сразу после оформления целика комбайновыми ходами верти­ кальные деформации его достигают 0,3 мм/сут. Благодаря большой деформационной способности эти целики, деформируясь, уходят из-под нагрузки. Нагрузка вышележащих пород пере­ распределяется и частично воспринимается междукамерными целиками. Скорости деформации межходовых целиков при этом падают. В этот период начинается активное расслоение пород кровли с формированием сводов над отдельными комбайновыми ходами в целом над камерой. Это подтверждается наблюдениями за деформацией пород кровли и визуальными наблюдениями в смотровых шпурах прибором РВП-468. На 60-100-е сутки с начала наблюдений скорости деформаций межходовых целиков вновь возрастают до 0,2 мм/сут. К этому моменту заканчи­ вается прогиб основной кровли в камере, формируется свод естественного равновесия и дальнейшая деформация целиков происходит под действием заключенных в его пределах пород. Через 350-400 сут с начала наблюдений вновь отмечается воз­ растание скоростей деформаций с 0,04 до 0,08 мм/сут, что

связано с удалением фронта очистных работ и переходом отра­ ботанных камер в зону полной подработки. Затем скорости деформаций вновь снижаются. За 600 дней наблюдений относи­ тельные деформации отдельных межходовых целиков достигли 1 %. По визуальному обследованию камер и наблюдениями за расслое­ нием пород в кровле прибором РВП-469 выработки народятся в безопасном для проведения гидрозакладочных работ состоянии.

В 1980 г. на руднике БКРУ-1 проведены опытные работы по разрезке целиков между • камерами, ранее заполненными гидро­ закладкой. Опытные работы были организованы на 3-й восточной панели, отрабатываемой камерной системой разработки буро­ взрывным способом. Ширина камер 16 м, целиков Ю м, мощность пласта Кр.11 в этом районе 7-7,5 м. Участок панели, выбран­ ный для испытания технологии отработки целиков после гидро­ закладки, включающий камеры № 52, 54, 56, 58, 60, был отра­ ботан в 1964 г., а в 1966 г. заложен отходами флотационной фабрики методом гидрозакладки. Выбор данного участка обос­ нован тем, что здесь в камерах № 54 и 56 впервые в 1966 г. была испытана технология закладки камер с последующей дозаливкой их через 3-4 мес, чтобы уменьшить усадочную щель между целиком и закладочным массивом. Проходка выработок была выполнена в соответствии с разработанным проектом (рис.

2.8).

Натурными экспериментами предусматривались: отработка рациональной технологии выемки целиков; наблюдение за поведением целиков после прорезки;

исследование физико-механических характеристик пород целика и закладочного массива.

Для отработки технологии выемки по целикам были пройдены два хода комбайном ПК-8: один - по контакту целика с закла-

Рис. 2.8, Выкопировка из плана горных работ руд­ ника БКРУ-1 (3-я восточ­ ная панель) путем проход­ ки опытных выработок ком­

байном		ПК-8 в целиках и
1-3	закладочном			массиве:
		места		отбора	проб
в целиках;			4-8 - то		же,
в	закладочном			материале;
9,10		отбор		монолитов
в	закладочном			материале;
50	62 -		номера камер

Конвергенция стенок (поперечная) горных выработок, пройденных по целикам за период с 1980 по 1984 г.

Расстояние точки		Ширина выработки, мм*
замера от выемочного	Целик 52-54
штрека, м		Конверген­	Целик 56-58	Конверген­
		ция, мм		ция, мм
10	3155	5	3130	30
20	3150	10	3135	25
30		-	3145	15
40	-	-4	3130	30
50	3150	105	3140	20
60	3150	106	3135	25
70	3160	070	3150	10
80	-	-8	3140	20
90	3160	0	3150	10
♦Первоначальная	3160 мм.

дочным массивом (в целике камер № 52-54), другой - по центру целика камер, № 56-58. Способ выемки целика буровзрывными работами был отвергнут из-за нетехнологичности ведения взрывных работ в узких камерах и необходимости исключения сейсмического воздействия взрыва на остающуюся часть целика. Проведение опытных работ по прорезке целиков через 14 лет после окончания гидрозакладки диктовалось требованием мини­ мального влияния . повышения влажности пород от воздействия рассолов на несущую способность целика. При прорезке целика 52-54 комбайн проходил часть хода по контакту целик - закладочный массив, частично с оставлением на контакте с закладочным массивом 20-30 см пород целика и частично с взятием 30-50 см закладочного массива. Этим обеспечивалось наблюдение за контактом целика и закладочного массива и достигалась возможность наблюдения за поперечной конвер­ генцией пройденной выработки. Была пройдена также поперечная выработка через целики и закладочный массив камер № 54, 56, 58, 60. Производительность комбайна и нагрузки на рабочий орган не отличались от обычных при очистных работах. Наблю­ дения за величиной усадочной щели между целиками и закла­ дочным массивом показали, что на момент проходки камер по целикам она составляла от 0 до 7 см, после же окончания гидрозакладки - от 10 до 13 см. В камерах № 54-56 на значи­ тельной части контакта (до 40%) щель отсутствовала, а на остальной части была от 0 до 3-4 см. Эффективность действия закладки подтверждается и замерами конвергенции пород в пройденных выработках, выполненных индикаторной стойкой СУИ через четыре года после их проходки (табл. 2.2, табл. 2.3).

Из результатов замеров конвергенции следует, что наи-

Таблица 2.3

Конвергенция стенок горной выработки, пройденной перпендикулярно оси камер за четыре года

Место замера, целик	Ширина выработки, мм	Конвергенция, мм
52-54	3160	0
54-56	3140	20
56-58	3130	30
58-60	3135	25

меньшие деформации наблюдаются в целике между камерами № 5254, ще ширина 7 м (замеры произведены в точках> вде между закладочным массивом и пройденной выработкой оставлен целик 20-30 см). Деформации в оставленных целиках между камерами № 56-58 в 2-3 раза больше, поскольку ширина их в 2 раза мень­ ше, чем в целике камер № 52-54 и составляет 3,3-3,7 м. Изменился коэффициент формы целиков, а вследствие этого и их несущая способность. Однако воздействие закладки на целики было таким, что даже после прорезки деформации их не пре­ вышали таковых в целиках при незаложенных камерах. Замеры конвергенции в поперечной выработке также подтверждают положительное воздействие закладки на целики. В выработке, пройденной по целику камер № 54-56, они значительно ниже, чем в целиках камер № 56-58 и 58-60. Это объясняется тем, что в камерах № 54 и 56, где производилась последующая дозаливка пульпы, закладочный массив более плотно прилегает к целикам. Визуальные наблюдения за состоянием стенок и кровли выработок показали, что они находятся в хорошем состоянии. В выработке, пройденной по оси целика 52-54 через четыре года после проходки, в кровле наблюдается трещинообразование, так как за счет проходки комбайновой выработки по краю целика пролет кровли камеры № 52 увеличился с 16 до

19м.

Так как коэффициент закладки камеры № 52 составил около

80% и закладочный массив практически не поддерживает кровлю, то увеличение ее пролета и обусловило снижение ее устойчи­ вости и трещинообразование. Эти факты еще раз подтверждают выводы, сделанные в разд. 2, о достоинствах и недостатках этого варианта. Применение его может быть рекомендовано при коэффициенте закладки камер более 90% и при поддержке кровли закладочным массивом.

В пройденных выработках были отобраны пробы пород из целика и закладочного массива для исследования влажности его

ифизико-механических свойств. Влажность пород целика

находится	в пределах естественной влажности пород	пласта
Кр.П (рис.	2.9). Влажность же закладочного массива	выше и

значительно зависит от расстояния до поверхности массива. В поверхностных слоях она составляет от 0,16 до 0,7%. В сере-