книги / Технология подземной разработки калийных месторождений
..pdfНа основании проведенных лабораторных и натурных иссле дований можно сделать следую щие выводы:
-конвергенция выработки зависит от величины отпора, создаваемого податливым мате риалом на стенки щели;
-заполнение цространства щели деревяняш брусьями
сшагом установки 1 ,0 -1 ,5 м позволяет снизить конверген
цию выработки на 30-40$;
- при |
выборе закладоч |
|
|
|
|
|
|
|
ного материала |
необходимо |
Рис. |
3 . Компрессионные |
кривые |
||||
исходить из |
того, чтобы он |
|||||||
обладал хорошими деформацион |
образцов из |
деревянных брусьев |
||||||
размерами: / |
— 10 смх20 |
омх12 см; |
||||||
ными свойствами и на I пог.м |
2 |
- |
15 см х20 см х12 |
см: |
3 - |
|||
щели создавал |
отпор 3,5*Ю3- |
20 |
см х22 см х12 см; 4 - 3 0 |
смх |
||||
|
|
|
х20 смх12 см |
|
||||
4,0*Ю Э кН. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |
|
|
||||
1. |
' |
А .с. 877045 СССР МКИ3 |
E2I 13/02. Способ разгрузки кон |
|||||
тура горных выработок от напряжений / |
Г.В. Бабнюк и В.П. Дубик. |
|||||||
Опубл. Г7.01.80. В м . Л 40. 149 |
с . |
|
|
|
|
|
||
2. Николаев U .H ., Шерстюк И.И., |
Пасюк Э.Б. Шахтные испыта |
|||||||
ния способа охраны горных выработок с помощью щелевой разгрузки |
||||||||
массива / / |
Шахтное строительство. |
1982. J6 2 . С. 24-25. |
|
|
УДК 622.257
10.Г. Старцев
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК КАЛИЙНЫХ И СОЛЯНЫХ РУДНИКОВ СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ
(Пермский политехнический институт)
При строительстве и эксплуатации калийных и соляных рудни ков одним из самых сложных вопросов является предохранение выра-
31
боток от цроникновения в них вода и рассолов» Особые свойства со
ляных пород, прежде всего их хорошая растворимость, обуславливают |
|
црогрессирущий режим фильтрации даже в случаях проникновения |
|
достаточно насыщенных рассолов по нарушенным зонам массива. Раз |
|
витию фильтрации часто способствует дополнительное трещинообразо |
|
ва ние |
в породах вокруг выработок под действием сил горного давле |
ния. |
Процесс приобретает неуправляемый характер и может сопровож |
даться катастрофическими последствиями.
В мировой практике известны многочисленные случаи "гибели” рудников вследствие цроникновения вод и рассолов в горные выра ботки. На территории ГДР и ФРГ их число превысило 80 [ I ] . Борьгба с рассолами, проникающими в калийные и соляные рудники, крайне затруднительна, и поэтому главнейшей задачей остается предупреж дение возможности их проникновения. Весьма актуальна также зада ча надежного восстановления водонепроницаемости соляных пород, когда по какой-либо причине в горные выработки начинают поступать рассолы.
Известно лишь несколько примеров, когда борьба с проникающи ми рассолами в горизонтальные горные выработки оканчивалась успеш но Г 2,3 3 • Как правило, эффект достигался благодаря возведению сложных, громоздких перемычек с целью изолирования места рассолопроявления от других выработок рудника. Почти всегда изоляция аварийных выработок была связана с дополнительными затратами на сооружение новых взамен выбывших. Однако через некоторый срок после окончания строительства (либо еще в цроцессе строительства) перемычки вода проникала в горные выработки по контактам с соля ными породами [ 4 J .
Перспективным направлением разработок является инъекционная технология формирования в нарушенном соляном массиве вокруг гор ной выработки в месте рассолоцроявления водонепроницаемого полимерпородного ограждения из уцрочненных специальными составами пород. С участием автора нами были организованы комплексные ис следования и опытно-промышленные испытания, основной целью кото рых являлось обоснование цринципиальной возможности рассолоподавления инъекционным методом, выбор специальных скрепляющих соста вов и изучение рациональных параметров технологии.
На Первом Березниковском калийном руднике в I97S-I979 г г . цри проходке конвейерного штрека участка закладки под городом на глубине около 300 м был подработан соляной массив, разделяющий
32
эту выработку с вышерасподажен- |
|
|
|
|
|||
ныы шахтный раооолосборником |
|
|
|
|
|||
объемом около 80 тыс. м3. Через |
|
|
|
|
|||
образовавшиеся в щравда |
трещи |
|
|
|
|
||
ны в штрек начал поступать рао- |
|
|
|
|
|||
сол с постоянно возрастающим |
|
|
|
|
|||
дебитом, который в 1986 году |
|
|
|
|
|||
достиг а-Ю м3/ ч . Течь имела |
|
|
|
|
|||
шющадный характер: рассол |
|
|
|
|
|||
проникал в виде капель и тонких |
|
|
|
|
|||
напорных струй на участке вы |
|
|
|
|
|||
работки длиной 12-14 м и шири |
|
|
|
|
|||
ной 3-4 м. Схема аварийного |
|
|
|
|
|||
участка представлена на р и с .1 . |
|
|
|
|
|||
Началось подтопление штрека, |
|
|
|
|
|||
в создалась ошоность прорыва |
|
|
|
|
|||
большого объема рассола |
в |
|
|
|
|
||
горные выработки. Угроза |
име |
|
|
|
|
||
ла ограниченные масштабы, на |
|
|
|
|
|||
блюдались типичные черты штат |
Рве. I . Схема и геология ава |
||||||
ной аварийной обстановет |
для |
рийного участка |
(пунктиром по |
||||
казаны вышерасполокенные вы |
|||||||
рудника. В этой связи следует |
работки горизонта откатка): 1 - |
||||||
отметить, что |
возникшая ситуация |
главный конвейерный шттзек |
|||||
участка ЗПГ; 2 - конвейерные |
|||||||
Представляла |
своеобразную модель уклоны; з |
- зона |
рассодопрзто- |
||||
поступления внешних расоолов в |
ка в штрек; 4 - |
3-й восточный |
|||||
откаточный штрек; 5 - старый |
|||||||
рудник. |
|
|
и новый рассолосборники; КС - |
||||
Для выяснения пути |
проник |
каменная соль; С - |
сильвинит; |
||||
ГИ - глинистые |
прослойки |
||||||
новения рассолов был проведен |
|||||||
|
|
|
|
||||
их химический анализ. Дроби рассолов брали |
из рассолосбррника и |
в конвейерном штреке. Подученные результаты приведены в табл.1. увеличение показателя pH рассола в штреке по отношению к р ас -
солосборнаку обусловлено повышенной концентрацией иона что указывает на интенсивный процесс размыва глинисто-карбонат
ных просдоев (галопзлитов). По данный Е.Е. Држемской С5) , гли нистые прослойки Верхнекамского месторождения содержат до 65# карбонатов от общего вещественного состава. Этот фактор, да-види мому, в первую очередь обеспечивает нроьрессирупцвй режим фильт рации при такой высокой минерализации рассола. Он также указыва ет на наличие карста в потолочине, разделявшей рассолосборник и
33
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
I |
|
|
|
|
Химический анализ рассолов |
|
|
|
|
|
|||
Место отбора |
Плот |
Кйслот- |
|
|
Мивеоалнзаш я рассола, г /л |
|
|
|
||||
|
проб |
ность, |
ность, |
| |
Л/а* |
С а * |
|
С£~ \н с с £ |
s o '2 |
3 v ~ |
П Я а . |
|
|
|
г/см 3 |
pH |
|
||||||||
Течь в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кровле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
штрека |
1,2235 |
7,40. |
48,954 |
78,68 |
3 ,6 |
14,47 |
213,175 |
0,226 |
2,296 |
1,652 |
363.059 |
|
(16.4.87) |
||||||||||||
Раосоло- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сборник |
1,2314 |
6,42 |
45,457 |
70,812 |
2,798 |
20,782 |
2Г7.250 0,095 |
2,242 |
1,941 |
361,381 |
||
(16.4.07) |
||||||||||||
Течь в мес |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
те |
аварийно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
го |
црошва |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рассола на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ШДРУ-3 ПО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
"Уралкалий" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1 2 .1 .8 6 . = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
=11,4 MS/ ч) |
1,2300 |
5 ,8 |
3 6 ,Г7 |
56,22 |
6,5 |
31,3 |
218,88 |
0,15 |
1,21 |
1,33 |
351,760 |
штрек. Представляет интерес сопоставление результатов цриведенных анализов с характеристиками рассола цри аварии на ЕХПРУ^З.
Б лабораторных условиях цровели исследование специальных скрепляющих составов на основе карбамидных смол КФ-Х, КФ-МТ,МКС и меламинофррмальдегадных смол МФ-АР, МКФ-АР. В качестве пласти фицирующей добавки использовали лигносульфаты - отход целлюлознобумажного производства. Изучали технологические показатели разра ботанных композиций (вязкость, сроки гелеобразований, коэффициен ты изменения объема щ)и твердении, а также физико-механические и фильтрационные свойства системы слепляющий состав - соляная по рода).
На рис. 2 приведены экспериментальные зависимости динамичес кой вязкости смолы МФ-АР и составов на основе КФ-Х от температуры среды в сравнении с шахтным рассолом. В табл. 2 представлены ре зультаты определения свойств образцов^уцрочненных смолами различ ных составов галито-сильвинитового штыба крупностью 0 ,1 -5 мм. Объемное содержание породного заполнителя в образцах задавали в пределах 70-8С$. Адгезию скреплявших составов определяли сдвиго выми испытаниями склеенных пластин галита по методике Г 6 J •
/О 20 30 40 SO t,°C
Рис. 2. Зависимость динамической вязкости син
тетических |
смол от температуры: 1 - смола МФ-АР; |
|||
2 - |
смола |
КФ-Х + рассол в соотношениях 4 : 1 и |
||
2 :1 ; 3 |
- шахтный рассол |
(шкала |
со звездочкой от |
|
|
|
носится к |
смоле |
КФ-Х) |
Для отверждения карбамидных смол использовали IO/S-ный раст вор щавелевой кислоты. Разработанный скрепляющий состав на осно ве смолы МФ-АР не требовал дополнительного отверди теля, так как
35
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
||
|
Зизлво-ыехашческие в фильтрационные свойства системы скрепляющий состав - |
соляная порода |
|
|||||||||||
Система слепля |
Щ>едел прочности |
Адгезия С *10“° ,Па |
Коэффициент фи,пьтра- |
Уоадга (-) |
васширение |
|||||||||
ющий состав - |
|
Игб.Па |
|
|
|
|
пви<«» -Ю3.м/СУТ |
__ (+) * v |
S |
|
||||
соляная порода |
I сут. |
7 сут. |
28 сут. |
I сут. |
7 сут. |
28 оут. |
I сут.| 7 сут. |
28 сут. I оут. |
7 сут. |
28 сут. |
||||
Смола КФ-Ж+ ща |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
велевая кисло |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
та |
+ соляной |
93,7 |
89,4 |
91,1 |
3,18 |
3,11 |
3,52 |
28,0 |
6,7 |
6,7 |
-3,12 -6,01 |
-8,52 |
||
штыб |
||||||||||||||
СМола КФ-Ж+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лигносулъфанат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ЛОТ) -«щавелевая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
квслота-юоляной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
штыб цри соотно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шениях КФ-Д/ЛСТ: |
|
111,2 |
|
4,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! |
0,95:0,05 |
104,7 |
107,5 |
4,57 |
4,84 |
3,57 |
1,24 |
0,98 |
-2,38 |
-5,20 |
-6,10 |
|||
|
0 ,9:0,I |
100,2 |
105,4 |
107,6 |
4,11 |
4,03 |
4,28 |
3,18 |
1,15 |
0,99 |
-2,11 |
-4,93 |
-5,13 |
|
0,75:0,25 |
44,1 |
59,3 |
80,1 |
2,28 |
2,86 |
2,95 |
2,24 |
1,03 |
0,94 |
-1,83 |
-3,97 |
-4,09 |
||
0,5:0,5 |
20,2 |
25,0 |
26,0 |
1,03 |
1,17 |
1,58 |
2,07 |
1,01 |
0,89 |
-1,15 |
-3,40 |
-3,78 |
||
СМола МФ-АР+ |
Ю,1 |
18,3 |
19,6 |
0,53 |
0,91 |
0,96 |
2,76 |
0,92 |
0,91 |
■«0,98 +1,46 |
+1,55 |
|||
соляной штыб |
||||||||||||||
Смола МФ-АР+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
портландцемент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М500+соляной |
9,8 |
27,5 |
93,42 |
0,52 |
1,22 |
3,07 |
3,51 |
0,93 |
0,95 |
+1,15 |
+1,53 |
+1,62 |
||
штыб |
его полимеризация происходит в солевом массиве или цри контакте о рассолами•
Результаты цредварительных исследований позволили наметить основные позиции технологии инъекционных работ в аварийном штреке. Они сводились к следующему. IHдроизолируюцую конструкцию из упроч ненных пород необходимо создавать по всей площади рассоловыделений на высоту 2,5 м от кровли штрека. Инъекционную обработку массива целесообразно црсводить в два этапа: для ликвидации крупных тре щин использовать раствор сульфатостойкого портландцемента М500; упрочнение тонких трещин, пор и глинистых прослойков осуществлять быстротвердеющими синтетическими смолами повышенной проникающей способности. Следует применять максимальные давления инъекции с
ограничением |
по возможности |
гидроразрыва массива (по опытным |
|
данным давление гидроразрыва |
Рг |
на данном участке составляло |
|
т-14 МПа). |
|
|
|
Работы |
были организованы следующим образом. В кровле и боках |
||
штрека на участке рассолоцритока электросверлом СЭР-19Д бурили |
|||
инъекционные |
шпуры длиной 1 ,8-2,5 |
м, В отдельных местах сетку шпу |
ров сгущали до 1,5x1,5 мг Для герметизации шпуров изготовили меха нические распорные инъекторы с резиновыми манжетами. Конструкция иньекторов обеспечивала нагнетание скрепляющих составов как в от дельные зоны, так и на полную длину штупа. Для нагнетания с л е п ляющих составов в массив использовали трехплунжерный насос УН-35, Производительностью 10-30 л/мин. Скрепляющие составы готовили в смесителе, соединенном резиновыми шлангами с входным патрубком насоса. Схема расположения инъекционного оборудования показана на рис, 3.
На первом этапе инъекционных работ применяли состав на осно ве сульфатостойкого портландцемента М500, затворенного на рассоле в соотношении 1:3 (до массе). Инъектор устанавливали на расстоя нии 0 ,1 5 -0 ,2 м от устья шпура и производили нагнетание на всю его
длину* Производительность насоса при закачке составляла 20-30 л/мин Инъекцию прекращали при достижении давления отказа ( £ ^ = 4 МПа) либо в случае появления выходов тампонажного раствора из соседних шпуров. Инъекцию повторяли* Всего на первом этапе инъекционных
работ было израсходовано 10 |
г |
цемента. |
Рассолоцриток в конвейер |
|
ный штрек был снижен с 8-10 |
до |
0 ,8 -1 ,2 |
м3/ч . |
|
Для дальнейших работ применяли |
меламиноформвльдегидцую смолу |
|||
!«№-АР, которая по технологическим и |
некоторым фпзико-механическим |
2Р
Рис. 3* Схема расположения инъекционного
оборудования в |
штреке: |
/ - инъектор; 2 - |
|
высоконапорный |
армированный шланг; з |
- |
|
плунжерный насос; 4 - |
смеситель; У - |
емкость |
|
со смолой; 6 - компрессор; 7 - пусковая |
|||
аппаратура; 3 |
- упрочненная зона в |
массиве |
свойствам лучше других исследуемых смол подходила для иъекций в соляные порода. Благодаря низкой вязкости смола при высоком давлении проникала в мельчайшие трещины. Достижению положитель ного эффекта (полной гндрализации соляного массива) способство вал тот факт,что в меламиноформальдвгидных смолах сшивки между
мети дольными и аминогруппами расположены чаще, чем в карбамидных смолах, а для отверждения МФ-АР достаточно самого соляного мас сива или рассола.
Свойства меламиноформальдегидной смолы позволили также уцростить технологию инъекционного нагнетания; исключить опера цию приготовления тампонажного раствора, от которой во многом зависит эффект гидроизоляции и промывку тампонажного оборудования.
Инъекцию МФ-АР выполняли зонами |
по |
0,5 м от |
забоя к устью |
||
шпуров. Максимально допустимое давление не превысило 8 МПа при |
|||||
темпе нагнетания |
Ю л/мин. |
|
|
|
|
Опыт гидроизоляционных работ показал высокую технологичность |
|||||
меламиноформальдегидной смолы МФ-АР. В результате |
ее инъекции |
||||
достигнуто |
полное подавление остаточного |
рассодопотока в штрек. |
|||
|
|
ШБЛИОГРАФОТЕСКИЙ СПИСОК |
|||
I. |
V!.G Lm m .A66auvezfahzen |
u n d |
Lauye/iqefabz, a t |
||
K a itS ezq S a u . |
^ t e i S e z o e z |
V o z s c k a .n ^ s h e fte . A - w . |
5. S - 4 3 .
2. Андреичев А.Н. Разработка калийных месторождений. - М.:
Недра, 1966. 257 с . |
|
|
3. Козлов |
С .С ., Швецов Г .И ., Парфенов А.П. Гидроизоляция |
|
участка штрека |
на Старобинском калийном комбинате / / Шахтное |
|
строительство. |
1974. № 2. С. |
26-27. |
4 . О борьбе с подземными |
водами на Стебниковоких рудниках |
|
С.С. Козлов, |
А.Е. Ходысов / / |
Материалы по гидрогеологии и геоло |
гической роли подземных вод. Л ,: ЛГУ, 1971. С. 137-144. |
||
5. Яржемская Б.Е. Вещественный состав галопе литов / / Мате |
||
риалы по петрографии районов |
соленакопления /Т р . ВНИИГ. Вып. 29. |
|
Госхимиздат, 1954. С. 260-314. |
||
6. Кондратов А .Б ., Малинин А.Г. Оптимальное проектирование |
грузонесущих ограждающих конструкций из упрочненных пород вокруг
горных выработок |
/ / Физико-технические проблемы разработки полез |
ных ископаемых. |
1986. Jfc 6. С. 14-21. |
УЛК 622.02 Г.Г. Зарецкий-Феоктистов, А.Г. Лоцушняк, В.П.Терещенко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ КАЛИЙНОЙ СОЛИ, ПОДКРЕПЛЕННЫХ ЖЕСТКИМИ КОЛЬЦАМИ
(Ленинградский горный институт)
Как известно, в условиях подземных выработок соляных место рождений одними из основных элементов, определявших устойчивость этих выработок являются целики. Изменчивость физико-механических характеристик соляных пород приводит к соответствующему изменению несущей способности целиков. Учитывая реальную продолжительность эксплуатации соляных шахт (десятки лет), представляется необходи мые прогнозирование устойчивости подземных выработок во времени, что, в свою очередь, дает возможность заблаговременно создавать комплекс охранных мероприятий по обеспечению их работоспособности.
Ранее была изучена возможность описания поведения соляного массива с помощью теории течения вязкой жидкости ГГ] • Была разра ботана методика определения коэффициента динамической вязкости для соляных пород и экспериментально определены его численные значения для образцов калийной соли. Однако линейная теория те чения не учитывает изменение механических характеристик соляного
39
массива во времени* В связи с этим в настоящей работе в качестве теоретической модели поведения срляных пород выбрана вязкоупругая модель. В отличие от модели вязкой жидкости данная модель не свя зана с ограничениями выбора механизма сдвиговых деформаций. Кро ме того, в теории течения используется гипотеза постоянной ско рости деформации, в то время как црименение вязкоудругих интег ральных операторов позволяет решать как плоские, так и объемные задачи в условиях переменной скорости деформацаи, пользуясь уп ру гами решениями соответствукщих задач.
Экспериментальные исследования геологических свойств калий ной соли. В ходе экспериментов изучали влияние жесткого подкреп ления (кольца) на диаграмму "<5 - £ ", ползучесть образцов калий ной соли (подкрепленных и неподкрепленных) и прогнозирование кри вой ползучести и определяли экспериментальные значения коэффици ентов для ядра ползучести по Колтунову.
Эксперименты проводились на жестком оборудовании производст ва ВНИШ и по методикеф аналогичной [ I ] • Исследовали образцы природной калийной соли в виде цилиндров диаметром 30 мм и высо той 80 мд. Подкрепляющие элементы представляли собой стальные закаленные кольца с поперечным сечением 10 х 10 юд, расположенные либо посередине, либо через 1/3 высоты. Результаты экспериментов приведены на рис. 1-3. Из кривых рис. I видно, что в упругой об ласти упрочняющее действие колец практически не сказывается. В дальнейшем характер деформирования образца существенно изменяет ся: увеличивается пиковая прочность (предел прочности) и пластич ность и уменьшается модуль спада. Для образца с одним кольцом
Предел прочности увеличивается в 1,4 раза. |
Отношение пластичес |
|||||||
кой деформации t |
пр |
на |
пределе прочности к упругой деформации |
|||||
£упр ( £ пр |
/' £упр ) |
для |
свободного образца |
равно 2, |
для ооразца |
|||
с одним кольцом - |
3. Образец с |
двумя кольцами |
упрочнялся во всем |
|||||
диапазоне |
исследованных |
осевых |
дефох^маций |
( £, |
^ |
I б£). Переход |
||
образца в |
запредельное |
состояние наступает |
при |
уровне полной |
деформации около 3J5 для свободного образца, и порядка 4> для об разца с одним кольцом. Для образца с двумя кольцами запредельная область не достигнута. Модуль спада М для свободного образца равнялся 25 МПа, для образца с одним кольцом - 7,5 МПа, их отно
шение составило - |
0,33, что свидетельствует о торможении сдви |
говых деформаций в |
подкрепленном образце. В целом подкрепляющее |
действие колец аналогично действию бокового гидростатического давления.