Технология ведения горных работ на калийных пластах, ее обусловленность строением вмещающего массива и свойствами соляных пород.

Основу такой технологии составляет порядок ведения подготовительных и очистных работ, взаимоувязанный в пространстве и времени. Этот процесс предопределяется применяемыми системами разработки, которые зависят от геологических условий. Для калийных месторождений выбранные системы разработки должны отвечать не только предъявляемым к ним требованиям (безопасность работ, минимум подготовки на 1000 т добычи, минимум себестоимости, максимум механизации выемки и транспортирования, минимум потерь сырья в недрах и т. д.), но и обеспечивать также решение специфических проблем, связанных с легкой растворимостью солей и их пластическими свойствами.

Правильно выбранные способы управления состоянием соляного массива и его элементов, отраженные в параметрах, принятых на практике систем разработки, позволяют удовлетворить указанным требованиям.

Два основных калийных месторождения РФ и СНГ — Верхнекамское и Старобинское отличаются сложностью не только по геологическому строению и гидрогеологическим условиям. Горнотехнические условия Верхнекамского месторождения также достаточно неординарны: сближенные пласты, осложненные складчатостью и изменчивостью мощности, имеющие слабоустойчивую непосредственную кровлю, опасные по газодинамическим явлениям. С учетом этого на месторождении используются камерные системы разработки, позволяющие позитивно решать основные проблемы управления состоянием соляного массива, в частности вопросы сохранения сплошности водозащитной толщи (ВЗТ) над горными выработками и безопасности работ в рамках технологического цикла очистной выемки руды из недр.

На месторождении применяются камерные системы разработки с ленточными междукамерными целиками (МКЦ) и регулярно оставляемыми столбчатыми целиками. МКЦ различаются по степени жесткости на жесткие, относительно жесткие, деформирующиеся. Жесткие целики должны исключать значительные оседания земной поверхности. Система с такими МКЦ применима при недостаточной (неизученной) водозащитной толще над рабочим пластом (пластами). При применении систем с относительно жесткими целиками допускается их деформация в пределах, обеспечивающих надежную сохранность сплошности водозащитных отложений, а также оптимумы технологических показателей добычи и условий подработки поверхностных сооружений.

На участках с достаточной мощностью и изученностью водозащитных отложений камерные системы могут применяться с деформирующимися (податливыми) целиками, обеспечивающими плавное опускание пород кровли, сохранение сплошности ВЗТ и оптимальные технологические параметры добычи руды. При применении в качестве элемента системы закладки выработанного пространства возможна постадийная выемка калийных пластов. При этом на первой стадии применяется система с жесткими МКЦ, а в дальнейшем (после доизучения ВЗТ и проведения закладочных работ в очистных камерах первой стадии) за счет подрезки таких целиков их состояние может изменяться, переходя в условия деформирования для «относительно жестких целиков». Породы ВЗТ при этом должны сохранять сплошность на протяжении заданного временного интервала. При камерных системах на месторождении превалирует комбайновая выемка руды. Находят применение также буровзрывной и комбинированный способы выемки.

Старобинское месторождение калийных солей характеризуется, с одной стороны, достаточно благоприятными гидрогеологическими условиями разработки, а с другой — наличием в непосредственной кровле сильвинитовых пластов рабочих горизонтов слабоустойчивых пород, насыщенных приконтактными газами, способствующими развитию в выработках газодинамических явлений (ГДЯ). На месторождении применяются две принципиально различные системы разработки: камерная с деформирующимися (податливыми) ленточными целиками и столбовая система с обрушением кровли (длинными очистными забоями с управлением кровлей полным обрушением).

Система разработки с длинными очистными забоями применяется достаточно широко (более 52 % объема добычи).

2. Управление сдвижением горных пород на примере Верхнекамского месторождения

Региональным проявлением горного давления является сдвижение земной поверхности - деформирование подрабатываемого массива, вызванное изменением напряженно-деформированного состояния (НДС) пород, покрывающих разрабатываемые пласты. Изменение НДС пород будет происходить при отработке пластов системами как с длинными, так и с короткими очистными забоями в процессе развития очистного фронта в пространстве и во времени.

Равновесное состояние массива в процессе подработки нарушается, его внешняя граница - поверхность - перемещается в сторону выработанного пространства. Это перемещение характеризуется величиной сдвижения «». За счёт сдвижения точек поверхности на ней образуется «мульда сдвижения», характеризуемая линейными и угловыми параметрами, представленными на рис. 1.

Значения угловых параметров приведены ниже (табл.1).

Таблица 1

Угловые параметры сдвижения

 

Месторождение	Угловые параметры, градусы
Верхнекамское	50	50	50	55	55	55

Рис.1. Элементы и угловые параметры мульды сдвижения.

а - главное сечение мульды сдвижения по падению-восстанию пласта; б - главное сечение мульды по простиранию: в - главное сечение мульды по падению-восстанию при неполной подработке земной поверхности;  - угол падения пласта (для условий Верхнекамского месторождения можно принять а=0°, а в качестве основной рассматривать схему «б»);  - граничные углы;  - углыполных сдвижений; Д₁, Д₂ - размеры выработанного пространства по падению и простиранию, соответственно; L_1, L₂– размер краевой части мульды соответственно по восстанию и падению пласта; L₃ - размер краевой части мульды по простиранию пласта; L₄ - длина зоны полной подработки земной поверхности; I - внутренняя граница краевой части (ВГКЧ) мульды сдвижения.

Расчетными параметрами сдвижения подрабатываемого массива (параметрами деформаций поверхности, оцениваемыми эмпирико-аналитическим методом) являются: оседания ,м; наклоны i; кривизна ,м^-1; горизонтальные деформации . Суммарные (в зоне полной подработки и в зоне сжатия краевой части мульды) деформирования земной поверхности характеризуются макро- и микродеформациями. Для постоянных краев частей мульд сдвижения макродеформации рассчитываются по зависимостям:

                                                                                              (1)

где  - оседание поверхности в точке с безразмерной координатой z, ;

х - расстояние от внутренней (со стороны выработанного пространства) границы краевой части (ВГКЧ) мульды до рассматриваемой в ее пределах точки, м;

Z_Т - длина краевой части мульды сдвижения в рассматриваемом сечении, м:

- в условиях полной подработки

                                                                                              (2)

- в условиях неполной подработки

где D - ширина выработанного пространства в рассматриваемом сечении мульды, м;

- расстояние от почвы разрабатываемого пласта до земной поверхности, м;

 - оседание поверхности на ВГКЧ, достигнутое за время t, м; для случая конечных оседаний  на этой границе:

,                                                             (3)

где - выемочная мощность пласта, м;

 - коэффициент извлечения руды из недр, определяемый, например, при камерной системе разработки и комбайновой выемки руды как:

,                                                                                                   (4)

где S_x - площадь очистной камеры, м²;

а - ширина камеры (при мно­гоходовых камерах - с учетом ширины межходовых целиков), м;