Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

УДК 622.062

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБАЙНА КОНТИНИУС МАЙНЕР В КАЧЕСТВЕ ДОБЫЧНОГО НА ПЛАСТАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ НА РУДНИКАХ ВКМКС

А.Т. Тимганова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Рассмотрена возможность применения комбайна Континиус Майнер 40М2 для условий 13 блока 17 панели рудника СКРУ-3 ВКМКС. Горнотехнические условия на этом участке таковы, что пласт Кр.II вынимается в два хода по высоте, так как его мощность составляет 5,26 м. Континиус Майнер 40М2 позволяет вынимать мощные пласты без наложения ходов по высоте, что в свою очередь положительно сказывается на производительности комбайна и времени отработки камеры. Результаты расчетов показывают, что возможна отработка пласта камерами шириной 7 м, и это существенно повышает коэффициент извлечения.

Ключевые слова: СКРУ-3, сильвинит, пласт АБ, пластКр.II, сильвинитовые пласты большой мощности, Континиус Майнер 40М2, Урал-20, ширина камеры, междукамерный целик, коэффициент извлечения.

ASSESSMENT OF THE FEASIBILITY OF USING CONTINUOUS MINER IN THE CAPACITY OF WINNING ON THE SEAMS OF HIGH POWER IN THE MINES VKMKS

A.T. Timganova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

In the article the possibility of application of the combine Continuous Miner 40M2 for conditions 13 block 17 panel mine SPMG-3 VKMKS.

Mining conditions in this area are such that the layer Kr-II is removed in two steps in height, as it has a capacity of 5.26 m. Continuous Miner 40M2 allows to remove thick layers without the use of moves for height, which in turn has a positive effect on combine

151

performance and time working off camera. The results show that the possible testing of the reservoir chambers with a width of 7 m and this increases the recovery factor.

Keywords: SPMG-3, sylvinite, layers AB, layers Kr-II, sylvinite layers big capacity, Continuous Miner 40M2, Ural-20, the width of the camera, interchamber pillar, extraction ratio.

Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей расположено в Пермском крае и занимает площадь порядка 3.7 тыс. км2. Шахтное поле СКРУ-3 расположено в центральной части месторождения в пределах детально разведанного с поверхности Ново-Соликамского участка в Соликамском районе Пермского края. Панель 17 находится южнее отработанных панелей 1, 5 и западнее панели 18 в южной части шахтного поля СКРУ-3.

Запасы шахтного поля отрабатываются комбайнами серии Урал 20 и Урал 10. Однако мощности пласта Кр.II таковы, что нередко приходится отрабатывать пласт в два и более ходов по высоте. Так средняя мощность пласта КрII в пределах 13 блок 17 панели составляет 5,26 м, а так как при выемке обязательна подрезка нижнего глинистого коржа (средняя мощность 0,2 м), то вынимаемая мощность должна составить 5,46 м. На данный момент на руднике этот участок планируют отрабатывать Урал 20Р в два хода по высоте и в один ход по ширине, таким образом, параметры системы разработки будут следующие (табл. 1).

Использование комбайна Континиус Майнер 40М2, позволит отрабатывать мощный пласт Kр.II в один ход по высоте, так как у этого комбайна максимальная вынимаемая мощность 5,5 м [1]. Кроме того, конструкция стреловидного исполнительного органа комбайна (рис. 1) позволяет отрабатывать камеру, следуя за гипсометрией пласта.

При расчете параметров системы разработке было учтено, что на рассматриваемом участке устойчивый пролет кровли колеблется от 6 до 8 м. Таким образом, было решено провести расчет для ширины камеры 7 м. В технической характеристике комбайна указано, что ширина отрабатываемой камеры составляет 3,5 м. Следовательно, камеры будут отрабатываться в два хода по ширине.

152

Таким образом, можно сделать вывод, что на руднике СКРУ 3, даже на пластах большой мощности возможно применение комбайнов Континиус Майнер на очистных работах и при этом не только возрастает скорость отработки пластов, но и возможно увеличение коэффициента извлечения полезного ископаемого.

Список литературы

1.Горнопромышленный портал России / горнодобывающие машины [Элек-

тронный ресурс]. – URL: http://www.miningexpo.ru/news/55 (дата обращения: 14.07.2016).

2.Аман И.П. Расчет технико-экономических показателей по системе разработки на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей. – Пермь, 2013. – 30 с.

3.Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектоввусловияхВерхнекамскогоместорождениякалийныхсолей. – СПб., 2008.

Об авторе

Тимганова Аида Тагировна, студентка VI курса, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. timganovaaida@mail.ru

About the author

Timganova Aida Tagirovna, a student of 6th year, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. timganova-aida@mail.ru

155

УДК 622.831

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ СОЛЯНЫХ ПОРОД

К.В. Третьякова1, Н.Л. Бельтюков1, 2

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

2 Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия

На рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей для поддержания целостности водозащитной толщи, согласно принятой системе разработки, оставляются междукамерные целики, именно поэтому важной задачей является своевременный контроль их устойчивого состояния.

Сделан обзор одного из акусто-эмиссионных методов диагностики бетонных сооружений и представлены результаты лабораторных исследований по оценки возможности применения его в соляных породах. Эксперименты заключались в ступенчатом нагружении образцов красного сильвинита в режиме одноосного сжатия и прямого растяжения. В результате проведенных исследований получены качественные закономерности изменения соотношений параметров акустической эмиссии, по которым можно оценить степень поврежденности соляных пород.

Ключевые слова: соляные породы, параметры акустической эмиссии, RA-параметр, средняя частота, микротрещины, степень поврежденности.

THE INVESTIGATION OF ACOUSTIC EMISSION PARAMETERS

BY DAMAGE EVOLUTION OF SALT ROCKS

K.V. Tretyakova1, N.L. Beltyukov1, 2

1 Perm National Research Polytechnic University,

2 Mining Institute of the Ural Branch of RAS, Perm, Russia

The Verkhnekamskoye potash deposit is mined by development system with arbitrarily left interchamber pillars in order to maintain the integrity of the waterproof stratum. Therefore the monitoring of their stable state is important problem.

The overview of acoustic-emission (AE) method for damage evaluation of concrete structures and the results of laboratory investigation for assessment of using it in salt rocks are presented in the article. The experiments consisted of stepped loading of sylvinite sample by uniaxial compression and direct tension modes. The qualitative pat-

156

terns of change in the AE-parameters relationships by damage evolution were obtained. This patterns can be used for damage evaluation of salt rocks.

Keywords: salt rocks, acoustic emission parameters, RA-parameter, average frequency, microcracks, damage level.

Безопасные условия ведения горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей (ВКМКС) достигаются применением камерной системы разработки с оставлением поддерживающих междукамерных целиков, которые обеспечивают сохранность водозащитной толщи пород (ВЗТ) в течение всего срока службы рудника. За время эксплуатации Верхнекамского месторождения на шахтных полях рудников ПАО «Уралкалий» образовались большие выработанные пространства, составляющие десятки квадратных километров, которые продолжают увеличиваться. Несмотря на то, что жесткие междукамерные целики рассчитаны на весь срок эксплуатации горного предприятия, со временем происходит их постепенное разрушение вследствие влияния различных факторов. Известны случаи полного разрушения целиков за достаточно короткий промежуток времени. В связи с этим, актуальным является вопрос своевременного и эффективного контроля состояния грузонесущих элементов системы разработки на калийных рудниках.

При решении задачи контроля устойчивости горных выработок и подземных сооружений широкое развитие и использование получил метод акустической эмиссии. Данный метод основан на регистрации в массиве упругих волн, возникающих при деформировании и разрушении пород, вследствие перераспределения напряжений, вызываемых ведением горных работ [1]. Несмотря на большое количество примеров использования метода акустической эмиссии при контроле подземных сооружений в массиве соляных пород [2, 3] вопрос существования надежных критериев оценки их устойчивого состояния до сих пор остается открытым.

Согласно распространенной модели разрушения горных пород при сжатии на начальном этапе нагружения происходит зарождение и развитие трещин растяжения, которые образуются на существующих микродефектах структуры. Направление их распространения совпадает с осью действия максимального главного напряжения [4, 5]. При дальнейшем увеличении нагрузки на основе трещин растяжения образуются трещины сдвига, направление которых уже будет под некоторым углом к максимальному главному напряжению. Далее происходит слияние отдельных сдвиговых трещин в протяженные магистральные трещины. С приближением к пределу прочности породы данный процесс носит лавинообразный характер, что в итоге приводит к разрушению образца.

Установлено, что с накоплением поврежденности при нагружении различных материалов изменяются параметры акустической эмиссии [6]. На основе этих закономерностей Федерацией производителей строительных материалов Японии

(Federationof Construction Materials Industries, Japan) разработана методика [7]

157

классификации типа активных трещин (т.е. трещин, являющихся источником импульсов АЭ) по соотношению параметров импульсов: средней частоты (Fa) и RA- параметра (рис. 1).

где Nвыбр – количество выбросов сигнала в импульсе; tдлит – длительность импульса; Amax – максимальная амплитуда сигнала; tнар – время нарастания импульса (время, прошедшее с момента первого пересечения сигналом порога регистрации до прихода максимальной амплитуды сигнала).

За критерий классификации типов трещин принимается условная граница на графике зависимости средней частоты от RA-параметра импульсов (рис. 2).

Источник импульсов с параметрами, характеризующимися высокой средней частотой и низким значением RA-параметра, относят к трещинам растяжения. В свою очередь, источником импульсов с низкой частотой и высоким RA- параметром считаются трещины сдвига. Таким образом, в процессе накопления поврежденности средняя частота импульсов уменьшается, а RA-параметр увеличивается, что графически отражается в виде плавного перехода зависимости Fa от RA из верхней левой области в нижнюю правую область графика. Заключение о том, что объект контроля находится в критическом состоянии (т.е. в стадии потери устойчивости), принимают после того, как параметры импульсов АЭ выходят за установленный критерий, который определяется для каждого материала экспериментально по результатам испытаний на растяжение и сдвиг.

С целью оценки возможности применения рассмотренной выше методики для контроля степени поврежденности соляных пород были проведены испытания

158

на одноосное сжатие образцов красного сильвинита с одновременной регистрацией акустической эмиссии. Образцы-близнецы призматической формы размерами 35×35×70 мм были изготовлены из одного породного монолита. Для регистрации акустических сигналов на одной из граней образца был установлен широкополосный преобразователь АЭ с рабочим диапазоном частот 50–500 кГц. Сигнал с преобразователя поступал на акустико-эмиссионную аппаратуру Vallen AMSY-6. Нагружение образцов осуществлялось в ступенчатом режиме с помощью электромеханического пресса Zwick/Z250.Выдержка нагрузки на каждой ступени составляла от 5 до 10 часов. Как известно, процесс деформирования соляных пород можно условно разделить на несколько последовательных стадий [8]. В этой связи предполагалось, что ступенчатое нагружение позволит оценить параметры импульсов характерные для каждой стадии деформирования. Чтобы исключить регистрацию акустических шумов от движущихся частей испытательной машины между торцами образца и нагружающими плитами устанавливались прокладки из фторопласта, а также применялась высокочастотная фильтрация сигналов. Средние значения RA- параметра и средней частоты определялись по выборкам из 400 импульсов методом скользящего окна.

По результатам испытаний образцов соляных пород установлено, что на начальных стадиях деформирования средняя частота импульсов монотонно увеличивается, а RA-параметр снижается. При достижении относительной деформацией значения 1,3 – 1,5 % производные зависимостей этих параметров от деформации меняют знаки на противоположные, в результате чего наблюдается обратная картина: уменьшение средней частоты и увеличение RA-параметра вплоть до разрушения образца. Положение данных экстремумов по оси деформации совпадает с конечным значением упругой стадии, после которой деформирование образца приобретает пластический характер [8]. На рис. 3, а представлено типичное изменение соотношения средней частоты и RA-параметра импульсов при одноосном сжатии. На графике видно, что на последней ступени нагружения, по сравнению с предыдущими, средняя частота импульсов ниже, а RA-параметр принимает повышенные значения.

Чтобы экспериментально подтвердить предположение, что для импульсов АЭ генерируемых трещинами растяжения характерны высокие значения средней частоты и низкие значения RA-параметра, были проведены испытания образцов красного сильвинита на прямое растяжение по методике [9]. Нагружение осуществлялось в ступенчатом режиме с помощью электромеханической разрывной машины Zwick/Z050. Анализ результатов испытаний показал, что корреляционные поля значений параметров импульсов АЭ излучаемых при растяжении (рис. 3, б) и на начальных стадиях деформирования при одноосном сжатии (рис. 3, а) в основном совпадают. Незначительный выброс значений наблюдается при увеличении нагрузки во время перехода с 3-й на 4-ю ступень, что, по нашему мнению, связано

159

с небольшими сдвиговыми деформациями образца относительно цементной заделки на контакте «образец – металлическая обойма».

а– одноосное сжатие; б – прямое растяжение

Врезультате проведенных исследований получены качественные закономерности изменения соотношений параметров акустической эмиссии, по которым можно оценить степень поврежденности соляных пород. Данные закономерности могут быть использованы при разработке методики контроля устойчивости грузонесущих элементов камерной системы разработки ВКМКС. В этой связи необходимо провести исследование характера изменения параметров импульсов акустической эмиссии в натурных условиях.

Список литературы

1.Геофизические исследования горных ударов / И.М. Петухов, В.А. Смирнов, Б.Ш. Винокур, А.С. Дальнов. – М.: Недра, 1975. – 136 с.

2.Macroscopic failure processes at mines revealed by acoustic emission (AE) monitoring / D. Becker, B. Cailleau, D. Kaiser, T. Dahm // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2014. – Vol. 104, № 4. – P. 1785–1801.

3.Measurements of acoustic emission and deformation in a repository of nuclear waste in salt rock / J. Hesser, D. Kaiser, H. Schmitz, T. Spies // Engineering Geology for Society and Territory. – 2015. – Vol. 6. – P. 551–554.

160