Взаимодействие механизированных крепей с кровлей при разработке Старобинского месторождения калийных солей

московский 

ГОСЭДПРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ аНИВЕРСИТЕТ 

Председатель 

Л.А. 
ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены редсовета 

И.В.ДЕМЕНТЬЕВ 

A. 
П.ДМИТРИЕВ 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 

В.В. КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

э.м. 
СОКОЛОВ 

К.Н. 
ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. ХРОНИН 

B. А. 
ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
А1ГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕМ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАП 
Bill 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

М Г Г У 

Б.И. Петровский 
В.А. Губанов 

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ 
КРЕПЕЙ С КРВВЛЕЙ 
ВРИ РАЗРАБВТКЕ 
СТАРОБИВСКОГО 
МЕСТОРОЖДЕНИЯ 
КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ 

А 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 3 

УДК 622.831.325+622.285:624.042.4 
ББК 33.141 
П 30 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых. С а н П и Н 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным 
санитарным 
врачом 
России 30 марта 2003 г. 

Рецензенты: 
• доктор техн. наук, проф. Ю.Н. Захаров 
• доктор техн. наук, проф. Л.И. Кантович 

Петровский Б.И., Губанов В.А. 

П 30 
Взаимодействие механизированных крепей с кровлей при разработке Старобинского месторождения калийных солей. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003.— 152 с: ил. 

ISBN 5-7418-0309-1 

Рассмотрены закономерности проявления горного давления 
при отработке пластов с труднообрушающейся кровлей. Приведены данные о взаимодействии механизированных крепей с трудноуправляемой кровлей и особенностях ее опускания и обрушения. Описаны типы механизированных крепей и методология выбора их силовых и конструкционных параметров, в том числе с 
учетом особенностей строения и физико-механических 
свойств 
калийных пласгов Старобинского месторождения. 

Для научных и инженерно-технических работников предприятий калийной промышленности. 

Табл. 10, ил. 40, список лит. — 128 назв. 

УДК 622.831.325+622.285:624.042.4 

ББК 33.141 

ISBN 5-7418-0309-1 
© Б.И. Петровский, В.А. Губанов, 2003 
© Издательство 
МГГУ, 2003 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2003 

ВВЕДЕНИЕ 

Расположенное в ц е т р е Европы Старобинское месторождение калийных солей по объемам запасов и сравнительно 
благоприятным горно-геологическим условиям разработки 
является одним из уникальных. В условиях этого месторождения преимущества столбовой системы разработки длинными 
очистными забоями, по сравнению с камерной системой, проявились за более чем 30-летний период ее применения. В 2002 
году с применением различных вариантов столбовой системы 
разработки было добыто более 70 % руды. Этот показатель 
является максимально возможным для месторождения, так 
как оставшиеся 30 % должны непременно добываться с применением камерной системы. Это краевые и притектонические зоны, участки шахтных полей небольшой площади и целики различного назначения, где применение столбовой системы экономически нецелесообразно. В то же время уровень 
потерь полезного ископаемого в недрах и содержание полезного компонента в добываемой руде за последнее десятилетие 
остаются практически неизменными: 48,5—50,3 и 27,17— 
27,82 % соответственно. Интенсивная отработка месторождения с большими потерями запасов в недрах привела к тому, 
что уже в 2004 году планируется вывести из эксплуатации 
Второй калийный горизонт на руднике Первого рудоуправления, а в 2008 году — этот же горизонт на руднике Второго 
рудоуправления. 

Сохранение объема выпуска калийных удобрений на 
базе Старобинского месторождения может быть достигнуто не только за счет ввода новых мощностей, но и за счет 
разработки 
новых и совершенствования 
существующих 
технологий и средств добычи калийного сырья, позволяющих повысить качество добываемой руды и производительность очистных забоев при минимальных потерях полезного ископаемого в недрах. 

Анализ показал, что потенциальные возможности столбовой системы разработки используются далеко не в полной 

5 

мере. Применяемые на рудниках РУП «ПО «Беларуськалий» 
технологические схемы выемки калийных пластов не позволяют повысить извлечение запасов и содержание полезного 
компонента в добываемой руде из-за оставления широких охранных целиков и большого объема горно-подготовительных 
работ. 

Эффективность 
наиболее 
прогрессивных 
технологий 
двухслоевой выемки на Втором и Третьем калийных пластах 
снижается из-за проблем, связанных с посадками забойной 
крепи «нажестко», поддержанием сопряжений лав со штрека­
ми и зарубки очистных комплексов в четырехкомбайновых 
лавах. Поэтому повышение эффективности и безопасности 
ведения горных работ на основе изучения геомеханических 
процессов в окружающем очистные забои массиве и закономерностей взаимодействия боковых пород с механизированными крепями очистных забоев и сопряжений является актуальной задачей и решает комплекс проблем по разработке 
новых вариантов технологических схем отработки калийных 
пластов сложного строения, установлению рациональных силовых и конструктивных параметров забойных механизированных крепей, созданию новых способов зарубки очистных 
забоев и средств крепления сопряжений лав со штреками. 

ГЛАВА 1 

АНАЛИЗ ОПЫТА ОТРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ 
И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 

1.1. Опыт отработки Старобинского 
месторождения и пути совершенствования 
технологии горных работ 

Старобинское месторождение разрабатывается подземным способом четырьмя рудоуправлениями, расположенными на 1, 2, 3 и 4-м шахтных полях. В 2002 году объем добычи 
калийной руды в РУП «ПО «Беларуськалий» составил около 
30 млн т. Шахтное поле каждого рудника вскрыто в центре 
тремя или четырьмя вертикальными стволами с проведением 
по калийным пластам группы магистральных (конвейерных, 
транспортных и вентиляционных) выработок. 

При выборе системы разработки калийных месторождений кроме общеизвестных факторов (экономичность, безопасность, минимальные потери в недрах и т. д.) определяющим является сохранение водонепроницаемости подработанной толщи пород. Этим обстоятельством объясняется применение на большинстве калийных рудников камерной системы 
разработки, при которой в выработанном пространстве оставляют целики, предотвращающие 
опасные 
деформации 
вышележащих пород [1]. 

Такая система была спроектирована в 1961 году для отработки Первого шахтного поля и применялась на рудниках РУП 
«ПО «Беларуськалий» в течение многих лет на Втором и Третьем пластах. Вначале выемка пластов велась преимущественно 
буровзрывным способом, а к 1970 году 85 % руды добывалось 
уже прогрессивным комбайновым способом. Из всех прошедших 
испытания вариантов камерной системы промышленное применение нашли технологические схемы с жесткими и податливыми 
целиками с использованием проходческо-добычных комплексов 
ПК-8, ПК-10, УРАЛ-10KC [2, 3]. 

7 

При относительно высоких технико-экономических показателях камерная система разработки имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются: большие 
(до 70 %) потери запасов в целиках, низкое (24—26 %) содержание КС1 в добываемой руде вследствие валовой выемки 
сильвинитовых (35—40 % КС1) и галитовых (2—5 % КС1) слоев, неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия 
труда в тупиковых забоях. 

В рамках традиционной камерной системы разработки 
проблему одновременного увеличения качества добываемой 
руды и снижения потерь запасов в недрах решить практически невозможно. Поэтому начиная с 1969 года на месторождении был проведен комплекс научно-исследовательских работ по обоснованию применения принципиально новой столбовой системы разработки Второго и Третьего калийных 
пластов длинными очистными забоями (лавами) с обрушением кровли. В результате было установлено, что в пределах 
горного отвода надсолевые породы основной части глинистомергелистой толщи (ГМТ) обладают высокими водозащитными свойствами, обеспечивающими безопасность при подработке их столбовой системой с самой высокой степенью извлечения полезного ископаемого из недр. Изучение зон трещиноватости над отработанным пространством лав позволило уточнить минимально необходимую мощность водозащитной толщи, обеспечивающую защиту рудников от затопления. Данные исследования позволили снять ограничения на 
применение столбовой системы разработки, за исключением 
краевых и притектонических зон [4—6]. 

В 1971—1972 годах на руднике ЗРУ были организованы 
шахтные испытания столбовой системы разработки с однослоевой и двухслоевой селективной выемкой Второго пласта 
лавами длиной 70—100 м. Подготовка столбов к очистной 
выемке велась комбайном ПК-8 и включала 
проведение 
широких (4,5—6,0 м) транспортного и вентиляционного 
штреков (с целью возможности ведения очистной выемки в 
лаве без разделки ниш), а также панельных и разгружающих 
выработок шириной 3,0 м. Технология подготовительных работ следующая. Комбайн ПК-8 осуществляет отбойку руды и 
ее погрузку в бункер-перегружатель БП-3. После заполнения 
8 

бункера-перегружателя руда из него выгружается в самоходный вагон 5ВС-10(15), который доставляет ее на скребковый 
или ленточный конвейер. Во время движения самоходного вагона от БП-3 до места разгрузки и обратно отбиваемая комбайном руда поступает в бункер-перегружатель. 

При двухслоевой выемке пласт отрабатывался спаренными по вертикали лавами, имеющими общие транспортный 
и вентиляционный штреки. Выемка верхнего сильвинитового 
слоя ведется с опережением по отношению к нижнему. Межслоевая пачка каменной соли при выемке нижнего сильвинитового слоя используется как естественное перекрытие от пород кровли, обрушенных в процессе выемки верхнего слоя. 

В результате выполненных работ были установлены основные закономерности проявления горного давления в очистных и подготовительных выработках [7—9]. Обрушение непосредственной кровли за крепью происходит с шагом 
2,0—6,5 м. Выемка нижнего слоя приводит к обрушению основной кровли (вторичные осадки). Шаг обрушения основной 
кровли 10—12 м, высота зоны обрушения 7—9 м. При шаге 
установки крепи в лаве 2,0 м и ширине призабойного пространства 4,2—4,4 м требуемое сопротивление крепи составляет не менее 140 кН/м

2 при однослоевой выемке и не менее 
170 кН/м

2 при двухслоевой выемке пласта. Наиболее благоприятные условия поддержания кровли в лавах создаются при 
расстоянии между очистными забоями 4,5—6,0 м. 

Подготовительные выработки шириной 3,0 м со сводчатой формой поперечного сечения сохраняют устойчивость 
вплоть до их погашения лавой без применения крепления. 
Для поддержания в безопасном состоянии выработок шириной 4,5 м и более с плоской кровлей требуется установка под 
распил винтовых анкеров по сетке 1,5x1,5 м и проведение в 
почве и кровле компенсационных щелей [10, 11]. 

С учетом полученных данных и анализа опыта угольной 
промышленности для повышения эффективности технологии 
двухслоевой выемки были разработаны и внедрены два варианта отработки панелей — двумя смежными лавами длиной 
90—100 м и одной спаренной четырехкомбайновой лавой 
длиной 180—200 м (рис. 1.1). 

9 

Рис. 1.1. Технологические схемы подготовки и отработки панелей двумя 
смежными лавами (а) и одной спаренной четырехкомбайновой лавой (б): 
1 — панельный конвейерный штрек; 2, 3 — конвейерный и вентиляционный штреки лавы; 4 — транспортный штрек лавы; 5, б — разгружающая и 
полевая вспомогательная выработки; 7 — выработка для складирования 
породы; 8 — конвейерная сбойка; 9 — рудоспуск 

Подготовка панели для смежных лав заключается в проведении по центру трех выработок —- панельного конвейерного штрека и конвейерных штреков лав, а по флангам — 
вентиляционных штреков для каждой лавы. Для охраны вентиляционного штрека лавы со стороны выработанного пространства проводится разгружающая выработка. 

Опыт отработки панелей по такой схеме показал, что по 
различным причинам невозможно обеспечить синхронную 
работу обеих лав и их равномерное подвигание. Увеличение 
расстояния между ними свыше 20 м осложняло поддержание 
конвейерного штрека отстающей лавы. Для обеспечения устойчивости этого штрека требуется существенное увеличение 
ширины целика между ним и панельным конвейерным штреком, что приводит в итоге к дополнительным потерям запасов [11]. 

Подготовка спаренной четырехкомбайновой лавы заключается в проведении по центру панели вентиляционного 
штрека лавы, а по флангам — транспортного и конвейерного 
штреков. Выемку руды в спаренной лаве ведут четыре комбайна (рис. 1.2). Два комбайна работают в верхнем слое и два 
— в нижнем. Комбайны зарубаются в центре лавы от вентиляционного штрека и перемещаются по раме забойного кон
10