2. Горная часть
2.1. Общие сведения
Для освоения запасов сильвинитовой руды Палашерского и Балахонцевского участков Верхнекамского месторождения калийных солей в границах лицензионного участка производится строительство подземного рудника с годовой производительностью 12,6 млн.т. в том числе 1-ой очереди до 8,4 млн.т/год. Расчетный срок службы рудника при этой производительности составит 45 лет.
Значительная глубина залегания сильвинитовых пластов (средняя глубина кровли нижнего из отрабатываемых сильвинитовых пластов на шахтном поле рудника составляет 370-380м), сравнительно спокойное их залегание, спокойный холмисто-увалистый рельеф поверхности, а также наличии вышележащих водоносных горизонтов предопределили принятие способа вскрытия шахтного поля рудника с помощью вертикальных стволов диаметром в свету: Скиповой ствол (СС) – 7 м; Клетевой ствол (КС) – 8 м, определенным по условиям размещения в них оборудования и коммуникаций. Схема вскрытия шахтного поля по взаимному их расположению предусматривается центрально-сближенными стволами с размещением их на общей промплощадке, расположенной примерно в центре шахтного поля.
Стволы пройдены от поверхности на глубину, для обеспечения их функционального назначения они пересекают промышленные пласты КрII, КрIIIа-б и маркирующий слой глины (МГ). Падение пластов пологое, шахтное поле позволяет вести отработку запасов на один откаточный горизонт.
Для того чтобы обеспечить максимальную устойчивость околоствольный двор с камерами служебного назначения должен находится в подстилающей каменной соли в 21-23 м ниже МГ. В северном и южном направлениях от околоствольного двора пройдены главные северные и южные транспортные, конвейерные и вентиляционные штреки в дальнейшем с разворотом их в западном и восточном направлениях.
Горную массу от проходки всех вскрывающих выработок в период строительства складируют на солеотвале. В период эксплуатации рудника соль от проходки выработок главных направлений рекомендуется закладывать в отработанные очистные камеры ближайшей из отработанных или отрабатываемых панелей, а руда от проходки выработок доставляется на общий тракт рудника.
Проветривания рудника осуществляется всасывающим способом. Свежий воздух, который создается главной вентиляторной установкой, расположенной на поверхности у КС, по воздухоподающему стволу направляется на рабочий горизонт. Затем по выработкам главного направления, панельным и блоковым (транспортным и конвейерным штрекам) поступает к забоям, далее отработанный воздух направляется в обратном направлении по вентиляционным штрекам к КС и выбрасывается на поверхность.
Добытую руду из рудника по скиповому стволу выдают на поверхность и системой питателей и ленточных конвейеров перегоняют через корпус дробления в склад руды после дробленая руда отгружается потребителям для дальнейшего обогащения железнодорожным и автомобильным транспортом.
На период строительства породу от проходки стволов и горно-подготовительных работ рудника предусматривается размещать на экранированой площадке. Местоположение площадки приблизительно 1,0 км от промплощадки, общая площадь 20,7 га, полезная площадь складирования породы равна 11,10 га, с максимальной высотой отметки 189,0 м. Ложе площадки экранируется противофильтрационным материалом.
ВСКРЫТИЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ
Схема вскрытия
При разработке месторождения калийно-магниевых солей в условиях высокой водообильности водоносных горизонтов, залегающих над толщей соляных пород, наиболее ответственным этапом строительства рудника является вскрытие шахтного поля.
Шахтное поле Усольского калийного комбината включает два участка: Палашерский и Балахонцевский. Данные участки расположены в южной части Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, на территории Усольского муниципального района и города Березники Пермского края.
В настоящее время шахтное поле Усольского калийного комбината вскрыто двумя центрально-сближенными стволами, ведется разработка проектной документации на строительство ствола № 3. Строительство стволов № 1 и № 2 выполнено по проектной документации «Усольский калийный комбинат. Горнодобывающий комплекс. Этап – Комплекс скипового ствола №1. Комплекс клетевого (вентиляционного) ствола № 2. В данный момент стволы № 1 и № 2 пройдены до проектных отметок.
Ствол № 1 (Скиповой) – воздухоподающий, глубина 546,94 м, оборудован двумя независимыми двухскиповыми подъемами со скипами емкостью 23 м3 (грузоподъемностью до 30 т) и двухбабабанными подъемными машинами и предназначен для выдачи сильвинитовой руды.
Ствол № 2 (Клетевой) – воздуховыдающий, глубина 473,0 м, оборудован двумя независимыми клетевыми подъемами – многоканатным с большегрузной клетью и одноконцевым (вспомогательным), предназначен для спуска-подъема людей, оборудования и материалов.
Ствол № 3 (скипо-клетевой) — служит для выдачи руды, спуска-подъема людей, материалов, оборудования, оборудуется двухскиповым и клетевым (клеть с противовесом) подъемами. В общей схеме вентиляции ствол является воздухоподающим, и по нему поступает в рудник свежая струя воздуха.
В соответствии с «Федеральными нормами и правилами…» вскрытие и отработка запасов шахтного поля рудника предусматривается гидроизолируемыми участками с оставлением предохранительных гидроизолирующих целиков.
Схему раскройки шахтного поля рудника определяют следующие условия: геометрическая форма лицензионного участка, геологические особенности залегания промышленных пластов, схема вскрытия, способ подготовки, а также расположение на площади участка множества объектов, для охраны которых необходимо оставление предохранительных целиков (солеразведочные, нефтяные и структурные скважин, объекты промплощадки).
Техническими решениями предусматривается разделение шахтного поля Усольского калийного комбината двумя гидроизолирующими целиками широтного направления и одним гидроизолирующим целиком меридионального направления на четыре гидроизолируемых участка. В каждом из гидроизолируемых участков расположены от шести до десяти панелей.
Схема раскройки, применение панельно-блоковой схемы подготовки гидроизолируемых участков. Размеры участков определены с учетом оптимального объема горно-капитальных работ в каждом блоке на единицу запасов в нем, времени подготовительных и очистных работ, а также с учетом концентрации производства и обеспечения проветривания рабочих зон.
Вскрытие гидроизолируемых участков шахтного поля производится полевыми и пластовыми главными конвейерными, транспортными и вентиляционными выработками. От околоствольного двора будут пройдены главные выработки в северном и южном направлениях. Из главных северных выработок предусматривается проведение главных выработок северо-западного и северо-восточного направлений. Из главных южных штреков предусматривается проходка главных выработок юго-западного и юго-восточного направлений.
Проходка панельных выработок в северных либо южных направлениях предусматривается из выработок главных северо-западного, северо-восточного, юго-западного и юго-восточного направлений . Ширина панелей 1200 м, длина от 800 до 3100 м, в зависимости от конфигурации шахтного поля. Панели поделены на отдельные выемочные блоки ширина котрых 400 м, а длина 600 м. В зависимости от длины каждой панели в ней могут располагается от 5 до 15 блоков.
Шахтное поле рудника разделяется на четыре гидроизолируемых участка: северный, западный, восточный, южный.
Вскрытие шахтного поля
КАМЕРНАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ
Система разработки представлена совокупностью подготовительных и очистных выработок, которые проводятся в определенном порядке во времени и пространстве, а также комплекс работ, выполняемых с целью извлечения полезного ископаемого из недр. Грамотный выбор системы разработки может обеспечить производительную, экономичную и безопасную эксплуатацию месторождения при рациональном использовании запасов ПИ.
Отработка балансовых запасов на шахтном поле УКК осуществляется камерной системой разработки с ленточными междукамерными целиками (МКЦ) и гидравлической закладкой выработанного пространства соляными отходами. На пласте АБ степень заполнения камер составляет 0,6, на остальных пластах – 0,75. Отставание закладочных работ от очистных принято от 1,5 до 3,0 лет. Сроки отставания закладочных работ от очистных отсчитываются с момента выемки нижнего сильвинитового пласта. Допустимая степень нагружения опорных междукамерных целиков для условий нормального строения ВЗТ составляет [С] ≤ 0,400. Параметры системы
- Высота этажа, м — 8,0
- Расстояние между скреперными штреками, м — 16
- Расстояние между p/в дучками, м- 9-12
- Высота дучки (без ниши), м-6
- Высота подсечки, м -6
- Ширина камеры, м — 12,5
- Длина камер, м — 32
- Высота камер, м — 7,3
- Ширина целиков, м — 25
- Толщина потолочин, м — 7-18
- Высота днища, м- 8
- Ширина секции, м- 16
Применение рекомендованных параметров исключает возможность масштабного обрушения пород из кровли выработок.
В качестве мер для повышения устойчивости очистных выработок и целиков, а также обеспечения безопасных условий горных работ проектом предусмотрено:
– применение машинной (комбайновой) технологии выемки пластов, что искореняет нарушение сплошности породного массива в приконтурной зоне, в отличие от буровзрывной технологии;
– применение комбайнов, которые образуют сводчатую форму выработок;
–ширину выработок уменьшить (не более 6 м).
Все выработки, проходимые по каменной соли (выработки околоствольного двора. горно-капитальные выработки панельного и главного направления). подлежат сплошному креплению анкерами. Крепление выработок осуществляется винтовой анкерной крепью либо клинораспорной анкерной крепью типа «Эстонсланец» длиной 1.5 метра.
Поддержание очистного пространства осуществляется для того чтобы обеспечить сохранность водозащитной толщи предполагается применение камерной системы разработки с оставлением ленточных целиков с прочностью, которая обеспечивает сохранение несущей способности на срок эксплуатации рудника пространства и будет осуществляться винтовой анкреной крепью. Предполагается оставление охранных целиков: вокруг шахтных стволов; вокруг геологоразведочных скважин, пробуренных с поверхности; между соседними шахтными полями для того чтобы исключить проникновения в рудник вод и рассолов. Помимо гидрозакладочных работ закладку выработанного пространства рекомендуется осуществить камерной солью от проходки полевых горных выработок
2.3.2. Отбойка руды
Отбойку полезного ископаемого в руднике предусматривается осуществлять с применением комбайновых комплексов в составе:
– по пласту АБ – комбайн Урал-61А с площадью поперечного сечения исполнительного органа 8,7 м2, бункер-перегружатель БП-15 и самоходный вагон В17К-02;
– для выемки пластовКр.II и Кр.IIIа-б – комбайн Урал-20Р с площадью поперечного сечения исполнительного органа 15,5 м2, бункер-перегружатель БПС-25
и самоходный вагон В22К, либо комбайн Урал-61А с площадью поперечного сечения исполнительного органа 8,7 м2, бункер-перегружатель БП-15 и самоходный вагон В17К-02.
Тип применяемого оборудования зависит от принятых параметров системы разработки в конкретном блоке.
Для разработки одного пласта в блоке планируется задействовать не более двух очистных комбайновых комплексов.
Очистные работы в блоках предусматривается вести как прямым, так и обратным порядком.
Выемка запасов сильвинита будет выполняться последовательной проходкой очистных камер с выемочных штреков в направлении от выработанного пространства на массив. Расположение камер – меридиональное.
В соответствии с требованиями «Федеральных норм и правил…», при отработке сближенных пластов необходимо обеспечивать соосное расположение очистных камер и опережение фронта очистных работ по верхнему пласту, не менее чем на 50 м.
Выемка запасов пластов АБ, Кр.II иКр.IIIа-б предусматривается очистными камерами. Отработка очистных камер северного и южного полублоков будет выполняться из двух отдельных выемочных штреков.
Камеры проходятся со стартовой выработки, при этом с одной с выработки отрабатываются 2 очистные камеры. Зарубка на стартовые выработки производится с выемочного штрека под углом 45 градусов.
При ведении очистных работ в промышленных пластах перегрузка отбитой сильвинитовой руды с самоходного вагона на участковый ленточный конвейер при отработке пластов АБ иКр.II будет осуществляться через рудоспускные скважины, руда при отработке пласта Кр.IIIа-б перегружается на участковый ленточный конвейер с помощью перегрузочного устройства типа УПС.
2.3.3. Доставка руды
После отбивания комбайном Урал-20Р доставку руды осуществляют следующим образом: в кузов бункера-перегружателя БПС-25 направляется горная масса, после периодично включается конвейер, который обеспечивает полную загрузку и разгрузку горных масс в ВС-30,а после транспортируется на блоковый конвейер.
Транспортирование отбитой горной массы при проходке подготовительных выработок предусматривается одним или двумя СВ до проходческого конвейерных установок или до отработанных очистных камер, предназначенных для размещения в них каменной соли. Сильвинитовая руда от проходки подготовительных выработок при помощи конвейерного транспорта доставляется до общешахтного бункера и выдается в общую добычу рудника.
При помощи конвейеров, собранных в передаточных конвейерных штреках в дальнейшем будет производиться передвижение сильвинитовой руды. Узел загрузкипередаточных конвейеров предусматривается в месте сопряжения главных выработок северного и южного направлений.
Через смесительные бункеры будет происходить перегрузка сильвинитовой руды с главных конвейерных линий на передаточные конвейеры. Эти бункеры нужны для усреднения качества руды, которые поступают с различных участков шахтного поля. На любой передаточный конвейер есть возможность разгрузки из каждого смесительного бункера.
Отгрузка сильвинита от проходки панельных штреков по пластуКр.II предусматривается в общую добычу рудника с транспортированием линией проходческих конвейеров установленных в диагональном конвейерном штреке. В процессе капитального строительства отбитая порода от проходки полевых штреков транспортируется временными конвейерными линиями до общешахтного бункера и выдается на поверхность скиповой подъемнойустановкой.
Транспортировка
Транспортировка осуществляется в три этапа:
Транспортировка объемов не солесодержащих пород от проходки стволов № 1, № 2 и №3 в количестве 99,9 тыс. т. осуществляется на автомобильно-бульдозерный отвал. Площадь породного отвала составляет 3 га (150х200 м) с относительной отметкой +4,0 м. Автодорога от промплощадки до отвала – однополосная, шириной 8,5 м, со щебеночно-битумным покрытием. Солесодержащая порода от проходки стволов № 1 и № 2 в количестве 72,6 тыс. т. транспортируется тем же горнотранспортным оборудованием.
В комплекс 1-го этапа отвальных работ входят разгрузка автосамосвала, планировка отвального уступа, формирование предохранительного вала и поверхности.
Часть солесодержащей породы от горно-подготовительных работ (ГПР) от ствола № 2 до площадки складирования в количестве 189,2 тыс. т. осуществляется автосамосвалами. Способ отвалообразования – автомобильно-бульдозерный. В комплекс 2-го этапа отвальных работ входят разгрузка автосамосвала, планировка отвального уступа, формирование предохранительного вала и поверхности.
Планировка поверхности и формирование отсыпки уклона насыпи осуществляется бульдозером-рыхлителем.
Транспортирование солесодержащих пород от ГПР от ствола № 2 в количестве 2981,0 тыс. т. осуществляется до перегрузочных узлов по временному конвейерному тракту.
Спуск и подъем людей, а также вспомогательных грузов в рудник предусматривается в клети по стволу № 2.
Кроме того, самоходные пневмоколесные транспортные средства с дизельным приводом предусматривается использовать для перевозки людей от оклоствольного двора к местам работы в руднике и обратно в начале и в конце смен, перевозки лиц технического надзора и ремонтных рабочих по руднику в течение смены.
Также вспомогательный транспорт будет использоваться для сборки небольших скоплений рассолов в выработках рудника, заправки машин топливом, смазкой и гидравлической жидкостью, доставки личного состава подразделений пожарной охраны к месту пожара и эвакуации раненых.
Для доставки людей к рабочим зонам добычных участков предусмотрены шахтные пассажирские машины типа «Крот» с кабиной для перевозки людей вместимостью 26 человек (25 пассажиров), грузопассажирские типа «Крот» с кабиной для перевозки людей вместимостью 16 человек (15 пассажиров) и отделением для перевозки грузов, также машин типа «Курьер» вместимостью 6 человек (5 пассажиров).
Для перевозки материалов, оборудования и грузов различного назначения и механизации погрузочно-разгрузочных работ предусматривается использование шахтной машины типа «Крот» различного назначения, включая машины оборудованные грузовой платформой грузоподъемностью 3 тонны и гидроманипулятором, а также грузопассажирские, предназначенные для перевозки как грузов, так и пассажиров.
2.5. Технология проведения горных выработок
2.5.1. Технология и механизация горно-подготовительных работ
Проходка транспортных и вентиляционных выработок околоствольного двора,а также диагональных и главных транспортных штреков предусматривается в один ход комбайна. Проходка конвейерных штреков предусматривается в два хода шириной 6,5 м, высотой 3,1 м и площадью поперечного сечения 19,9м2.
Комбайновыми способами ведется проходка горно-подготовительных выработок следующими комбайнами:
– комбайн Урал-20Р, бункер-перегружателя БП-15 и самоходного вагона В22К;
– комбайн Урал-61, бункер-перегружателя БП-15 и самоходного вагона В17К-02.
Проходка выработок будет осуществляться тупиковыми забоями длиной до 300 м, либо парными забоями со сбойками для проветривания через каждые 200-250 м.
Технологическая схема проведения подготовительных выработок парными забоями следующая. Первоначально осуществляется проходка комбайновым комплексом одной выработки тупиковым забоем, затем комбайн отгоняется и выполняет проходку другой выработки тупиковым забоем с оставлением предохранительного целика. Для организации проветривания в конце второй выработки проходится сбойка с тупиковой частью первой выработки. Затем происходит та же схема пока не будет достигнуто проектной длины выработок. При дальнейших проходках свежая струя подается по одной выработки, а удаляется по другой. При подвигании забоя в ранее пройденных сбойках,нужно монтировать вентиляционные парусные перемычки, которые формируют направление движения свежего воздуха.
Минимальный радиус закругления выработок в проходке принят 25 м.
Угол наклона при проходке транспортных уклонов не должен превышать 6º, вентиляционных – не более 8º.
Подача свежего воздуха в тупиковые забои подготовительных выработок предусматривается вентиляторами местного проветривания нагнетательным способом.
2.6. Вентиляция рудника
По проекту принимается всасывающий способ и центральная схема проветривания рудника. Вскрытие шахтного поля рудника предусматривается тремя стволами. Первый и третий ствол предназначаются для подачи свежего воздуха в рудник, ствол № 2 – выдает на поверхность исходящую струю воздуха. По вентиляционному каналу с примыканием к стволу № 2, происходит забор воздуха в ГВУ. Зимой воздух необходимо подогревать в калориферных установках, которые расположены у стволов № 1 и № 3.
Поступающий свежий воздух в рудник по стволам №1 и 3 до транспортного горизонта околоствольного двора и распределяется для проветривания камер служебного назначения и горных участков, расположенных на крыльях шахтного поля. На участки воздух подается по транспортным и конвейерным штрекам главных направлений. Исходящая струя воздуха удаляется по главным вентиляционным штрекам к стволу № 2, по которому выдается на поверхность.
Потребителями воздуха являются забои очистных камер, забои подготовительных выработок горных участков, рабочие зоны закладочных комплексов и камер служебного назначения.
Проветривание камер осуществляется за счет общешахтной депрессии. Проветривание рабочих зон очистных, подготовительных и закладочных работ обеспечивается вентиляторами местного проветривания.
Чтобы обеспечить необходимое воздухораспределения в выработках околоствольного двора и вспомогательных камерах при эксплуатации, предусмотрены к применению вентиляционные сооружения различных конструкций: шлюзовые ворота (для движения транспорта и прохода людей), вентиляционные перемычки с дверями и регулирующими окнами.
Свежий воздух для проветривания рабочих зон поступает по главным транспортным и конвейерным штрекам в блоковые конвейерные и транспортные штреки пластаКр.III и по транспортным уклонам поднимается в рабочие зоны пластов Кр.II и АБ. Далее вентилятором местного проветривания по гибкому вентиляционному ставу нагнетается к месту ведения очистных, подготовительных или закладочных работ.
Исходящая струя воздуха удаляется по выемочным штрекам в панельные вентиляционные штреки и далее по главным вентиляционным штрекам движется до вентиляционного ствола.
Распределение воздуха по крыльям шахтного поля и рабочим зонам осуществляется из расчета потребного количества воздуха, путем установки в горных выработках регулирующих вентиляционных перемычек. Недействующие горные выработки и отработанные панели изолируются глухими вентиляционными перемычками, установленными в транспортных, конвейерных и вентиляционных штреках.
Осушение и водоотлив
В связи с тем, что породы, в которых пройдены горные выработки, являются водорастворимыми, любые водопроявления в выработках являются аварийной ситуацией, развитие которой может привести к необратимому затоплению рудника.
Из-за разности температур атмосферного воздуха и конденсации нормальные водопритоки возникают в стволах, крепи ствола и незначительной негерметичности тюбинговой крепи. Их объем не превышает 0,15 м³/ч через каждый ствол рудника (согласно СНиП 3.02.03.84 «Подземные горные выработки» ).
Центральная насосная станция гидрозакладочного комплекса – это главная водоотливная установка рудника. Она, согласно требованиям указанных правил, служит в том числе и для удаления конденсационных водопритоков, которые возникают в стволах рудниках и перекачиваются в центральный рассолосборник насосами зумпфового водоотлива.
Оборудование насосных станций зумпфового водоотлива с водосборниками предусматривается поблизости от зумпфов стволов № 1, 2. Данные насосные станции служат для откачки водопритоков, возникающих в стволах рудника. Конденсационные водопритоки носят незначительный и периодический характер. Вода из зумпфовых водосборников перекачивается в рассолосборник центральной насосной станции, и вместе с рассолом откачивается на поверхность.
Неуправляемые рассолопроявления в незначительном объеме могут возникать вследствие локального попадания технологического рассола в выработки, либо конденсации водяного пара из воздуха. Более частые их проявления наблюдаются в теплое время года преимущественно в воздухоподающих стволах, околоствольном дворе и прилегающих выработках, главных и панельных транспортных выработках, подготовительных, очистных и вентиляционных выработках. Конденсационные рассолы являются насыщенными и не оказывают существенного влияния на горные работы. Их необходимо собирать специальными машинами и увозить в рассолосборник насосной станции
Все остальные рассолопритоки в руднике являются управляемыми и входят в технологический процесс ведения гидрозакладочных работ в руднике.
Выводы:
В горной части дипломного проекта дана характеристика стволов и их назначение, раскрыта система вскрытия шахтного поля.
Произведен выбор системы разработки исходя из полученных данных в результате анализа работ по изысканиям геологической и гидрогеологической характеристик участка работ, следует принять камерную систему разработки, а также рассмотрена отбойка руды, доставка в пределах блока и технология проведения горных выработок
Описан способ транспортировки солесодержащей и не солесодержащей породы в отвал горно-подготовительных работ
Описан выбор и обоснование схемы проветривания, а также рассмотрено осушение и водоотлив.