2843.Разработка калийных месторождений практикум

=7,6 1,0 10–2(5,9/4,7)–0,5(1,7 + 0,563)(1 – 0,563)0,5 ×

×ехр(5,98 0,563 0,285) = 0,364 м;

Uкр =U0 + Ku Tp0,3,

откуда Тр = [(Uкр – U0)/Ku]3,33 = [(0,767 – 0,0614)/0,364]3,33 = 9,062 год.

Итак, время устойчивого состояния очистной выработки Тр = 9,062 год. 6. Оцениваем по формуле (7.23) время устойчивого состояния первого

«коржа» мощностью n1 = 0,6 м.

n1/Lр = 0,6/7,6 = 0,079 < 0,15.

Тогда Трn = Тр 20,8(n1/Lp)1,6 = 9,062 20,8(0,079)1,6 = 188,49 0,0172 = = 3,24 год.

Пример 3. Принимаются условия примера 2, в котором мощность первого «коржа» изменена на величину n1 = 0,25 м. Требуется оценить время устойчивого состояния очистной выработки и время начала процесса отслоения первого «коржа».

Итак, имеем:

1. Lр = 7,6 м; hз = 5,32 м; ω = 0,563.

Прочность пород в пределах высоты hз зоны их возможного обрушения

γH / σсж = 0,021 300/21,99 = 0,286.

2.Uкр = 7,6 0,1045 exp(–0,256 0,08/0,25) = 0,732 м.

3.U0 = 0,0616 м; Ku = 0,361;

191

4.Тр = [(0,732 – 0,0616)/0,361]3,33 = 7,86 год.

5.Трn = 7,68 20,8 (0,25/7,6)1,6 = 0,677 год = 8,13 мес.

Замечание. Уменьшение мощности первого неустойчивого слоя в кровле выработки приводит к уменьшению времени устойчивого состояния выработки в целом и существенному снижению устойчивости «коржа» или «защитной» пачки.

Расчетная работа № 6

Требуется оценить смещения пород кровли и время устойчивого состояния очистной выработки прямоугольной формы при наличии в ее кровле неустойчивых слоев, если ширина очистной камеры – а; ширина междукамерного целика – b; высота камеры – h; глубина залегания пласта – Н; величина пролета плоской части кровли – lпл; (a = lпл); радиус скругления кровли – r0 (r0 = 0).

В кровле камеры имеются неустойчивые слои:

Исходные данные по вариантам

7.3. Методика оценки времени устойчивого состояния технологического междупластья при нисходящем порядке отработки сближенных сильвинитовых пластов

Интенсивность процесса деформирования и разрушения междупластья и время tмп его устойчивого состояния определяется степенью нагружения

где Qмп – нагрузка на междупластье, МПа; Рмп – его несущая способность, МПа.

Если разрабатываются два (и более) пласта, то они считаются несближенными, если степень нагружения Cмп разделяющего их междупластья такова, что оно практически не деформируется во времени, т.е. «работает» в «жестком» режиме и сохраняет устойчивость сколь угодно долго. Можно принять условие несближенности пластов, например, в виде

При выполнении условия (7.27) кровля нижнего разрабатываемого пласта разгружена от продольных сжимающих напряжений и разрушение пород кровли (почвы) очистных выработок происходит так, как в случае одиночного отрабатываемого пласта. При достижении прогибами кровли камеры критических значений происходит обрушение первого от контура камеры неустойчивого слоя («коржа»).

Процессы расслоения пород, слагающих междупластье, начинаются в момент времени t = tмп, когда выполняется условие

где εмп − продольная (горизонтальная) деформация междупластья; ε*мп − критическая продольная деформация междупластья.

Период tмп называется временем устойчивого состояния междупластья.

На интервале времени [0; tмп] степень нагружения технологического междупластья Cмп может изменяться из-за изменения величин Qмп и Pмп в процессе разрушения пород в кровле (почве) очистных выработок. Поэтому не сближенные при t = 0 пласты могут в какой-то момент времени стать сближенными.

193

При нисходящем порядке отработки сближенных пластов нагрузка Qмп на междупластье, МПа, вычисляется по формуле

где H = H1 + h1; Н1 – расстояние от земной поверхности до кровли верхнего разрабатываемого пласта, м; h1 – высота очистной камеры на верхнем из разрабатываемых сближенных пластов в средней части ее пролета, м;

h2 – высота очистной камеры на нижнем пласте;

hмп – мощность междупластья, м; hмп = H2 – H1 – h1, м; Н2 – расстояние от земной поверхности до кровли нижнего разрабатываемого пласта

(рис. 7.13).

Рис. 7.13. К задаче о деформировании и разрушении междупластья при разработке сближенных сильвинитовых пластов

Несущая способность междупластья определяется по формуле

где σcж мп – агрегатная прочность на сжатие пород, слагающих междупластье, в направлении, параллельном напластованию, МПа;

194

междупластья за счет содержания нерастворимого остатка (глины) в пласте. Агрегатная прочность на сжатие пород σcж мп , слагающих междупла-

стье, МПа, вычисляется по формуле

где s – число разнопрочных породных слоев, слагающих междупластье; li – мощность разнопрочных породных слоев, слагающих междупла-

стье, м; i =1, s;

σсжi – прочность на одноосное сжатие пород, слагающих i-й слой междупластья в направлении, параллельном напластованию, МПа.

Коэффициент формы Kф междупластья мощности hмп вычисляется по формуле

где а1 и а2 – ширина очистной камеры соответственно на верхнем и нижнем разрабатываемых сближенных пластах, м (см. рис. 7.13).

Критические деформации ε*мп междупластья мощности hмп, %, оцениваются по формуле

Скорость продольной (горизонтальной) деформации междупластья ε*мп , %/сут, на стадии установившейся ползучести оценивается по формуле

где Eд – агрегатный модуль деформации междупластья, МПа;

β – безразмерный параметр долговечности породы, слагающей междупластье;

195

δ0 – размерный параметр ползучести породы, слагающей междупла-

стье; А1 = 1,5 10–2 %.

Следует считать, что Eд = 1,33 103 МПа, β = 13,53; δ0 = 0,0183 сут–1.

Агрегатный модуль деформации Eд, МПа, вычисляется по формуле

где Eiд – модуль деформации пород, слагающих i-й слой, МПа.

Время устойчивого состояния междупластья tмп, сут, оценивается по формуле

Восходящий порядок отработки сближенных пластов относится к нештатным горнотехническим условиям, при которых следует проводить специальные геомеханические расчеты для оценки степени нагружения, скорости деформирования и времени устойчивого состояния междупластья с привлечением методов математического моделирования и данных натурных наблюдений.

Пример. На Третьем Соликамском руднике планируются к отработке сильвинитовые пласты АБ и Красный-II на 9-й панели блока 5. Требуется оценить время устойчивого состояния междупластья при следующих ис-

ходных данных: H = 286,6 м; hмп = 2,77 м; σсж = 21,93 МПа; γ =

=0,021 МН/м3; h1 = 2,6 м; h2 = 3,83 м; Ед = 1,33 103 МПа; при а1 = а2 =

=8,0 м и при а1 = а2 = 8,3 м.

Решение:

1. Определим нагрузку на междупластье по формуле (7.29):

2. Вычислим по формуле (7.32) коэффициент формы междупластья:

– при а1 = а2 = 8,0 м

– при а1 = а2 = 8,3 м Kф = 1,151.

3.Вычислим по формуле (7.30) несущую способность междупластья:

– при а1 = а2 = 8,0 м Рмп = 21,93 1,162 = 25,48 МПа, Смп = 0,204,

– при а1 = а2 = 8,3 Рмп = 21,93 1,151 = 25,24 МПа, Смп = 0,206.

4.Вычислим по формуле (7.33) критические деформации междупла-

стья:

– при а1 = а2 = 8,0 м

ε*мп = 0,3 2,77 = 0,1039 %; 8,0

– при а1 = а2 = 8,3 м

ε*мп = 0,3 2,77 = 0,1001 %. 8,3

5. Вычислим по формуле (7.34) скорость продольной деформации междупластья:

– при а1 = а2 = 8,0 м

εмп = 1,5 10−2 5,201 1,330,0183103 exp(13,53 0,204) = 1,696 10−5 %/сут;

– при а1 = а2 = 8,3 м

εмп = 1,742 10–5 %/сут.

Вычислим время устойчивого состояния междупластья по форму-

ле (7.35):

– при а1 = а2 = 8,0 м

tмп = 0,1039/1,696 105 = 6,126 10–2 105 = 16,78 год;

– при а1 = а2 = 8,3 м

tмп = 0,1001/1,742 105 = 15,74 год.

Результаты расчетов показали, что при увеличении пролета камер период весьма устойчивого состояния междупластья уменьшается.

197

Расчетная работа № 7

Определить время устойчивого состояния технологического междупластья при следующих условиях: глубина залегания – H; мощность междупластья – hмп; объемный вес пород – γ; модуль деформации – Ед; ширина выработок на верхнем пласте – а1; то же по нижнему пласту – а2; высота камеры на верхнем пласте – h1; то же по нижнему пласту – h2; средняя

прочность пород на одноосное сжатие σсж.

Исходные данные по вариантам

198

8. СОСТОЯНИЕ МИРОВОЙ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

8.1. Мировые лидеры по производству калийных удобрений

Добыча калийных солей, представленная в основном извлечением калиевых минералов – сильвинита и карналлита – для получения хлористого калия, весьма важна для сельского хозяйства, поскольку является базой для производства калийных и смешанных азотно-фосфорно-калийных удобрений.

93 % выпускаемого в мире поташа используется для получения удобрений на основе хлорида калия. По оценке Геологической службы США, мировые ресурсы калийных солей составляют 250 млрд т. Крупнейшие в мире природные запасы данного сырья сосредоточены в Канаде (более половины мировых) и России. В настоящее время в мире выделяют около трех десятков калийных бассейнов (рис. 8.1).

Крупнейшей в мире страной – продуцентом калийных солей является Канада, за ней с большим отрывом следуют Россия, Белоруссия и ФРГ

(табл. 8.1) [1].

Крупнейшие компании – продуценты калийных удобрений базируют-

ся в Канаде (Potash Corporation of Saskatshewan, Agrium, Mosaic), России

(«Уралкалий»), Белоруссии («Беларуськалий») и Европе (ICL – Cleveland Potash/Iberpotash, Kali+Salz). Имеются достаточно крупные предприятия

вСША и Бразилии.

8.2.Разработка калийных солей в Канаде

8.2.1. Общие сведения о Саскачеванском калийном бассейне

Саскачеванский калиеносный бассейн – центральная часть среднедевонского соленосного бассейна Элк-Пойнт, расположенного в пределах Bеликих равнин Kанады (провинции Cаскачеван и Mанитоба), a также США (штаты Mонтана и Cеверная Дакота). Kалийные соли открыты в 1942 г. Разработка месторождений начата в 1957 г. Саскачеванский калиеносный бассейн разрабатывается традиционным шахтным способом и способом подземного растворения сильвинитов.

Площадь Саскачеванского калиеносного бассейна составляет около

150тыс. км2 (750×200 км).

Вканадской провинции Саскачеван расположена основная часть крупнейшего в мире калиеносного бассейна (рис. 8.2, 8.3), в пределах которого выделено четыре месторождения: Саскатун, Белл-Плейн, Эстерхези и Северодакотское. В настоящее время месторождения разрабатывают девять подземных рудников и один рудник, работающий по технологии подземного растворения солей.

Промышленная зона калийных солей на месторождении в провинции Саскачеван содержит пять пластов, разделенных пластами каменной соли с глинистыми прослоями различной мощности. Пласт каменной соли, перекрывающий непосредственно промышленную зону, состоит из сети относительно чистых, мощных слоев галита мощностью около 3 м. Подошва промышленного пласта состоит из достаточно мощных солевых отложений. Промышленное значение имеют сильвинитовые пласты IV (А)

и III (В) (рис. 8.4) [2].

Саскачеванский калиеносный бассейн отличается от других калийных месторождений мира неблагоприятными гидрогеологическими условиями разработки калийных руд. Для расположенных на его территории рудников характерны достаточно интенсивные водопроявления. Они могут быть

200