Разработка технологических схем выемки iv калийного пласта в условиях многогоризонтной отработки старобинского месторождения

На правах рукописи

БОНДАРЕВ Константин Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМКИ IV КАЛИЙНОГО ПЛАСТА В УСЛОВИЯХ МНОГОГОРИЗОНТНОЙ ОТРАБОТКИ СТАРОБИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 25.00.22 –

Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

Ковалев Олег Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Долгий Иван Емельянович

кандидат технических наук

Никишин Даниил Юрьевич

Ведущая организация – ЗАО «ВНИИГалургии»

Защита диссертации состоится 16 декабря 2009 года в 15 час.00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-линия, д. 2, ауд. 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института

Автореферат разослан 13 ноября 2009 года

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными поставщиками калийных солей являются три страны – Канада, Россия и Белоруссия. В последние десятилетия около 16 % мирового импорта калийных удобрений приходится на РУП «ПО «Беларуськалий», которое отрабатывает Старобинское месторождение калийных солей. В состав объединения входит четыре действующих рудоуправления и два новых строящихся рудника. Рудники в пределах месторождения отрабатывают два калийных горизонта (II и III КГ), и еще два калийных горизонта в настоящее время не отрабатываются.

Работы на Старобинском месторождении ведутся более 40 лет. В настоящее время обострилась ситуация с запасами руды на рудниках 1 и 2 рудоуправлений в связи с их доработкой в ближайшие 5 лет. В пределах действующих рудников основным резервом по поддержанию рудной базы является вовлечение в отработку IV КГ, запасы которого оцениваются в 205 млн. тонн сырых солей.

В связи с этим, актуальным является поддержание производственной мощности данных предприятий за счет вскрытия и отработки нового калийного пласта (горизонта), что позволит продлить срок службы рудников на 10-15 лет, при гарантированном обеспечении необходимой надежности капвложений по факторам эффективной и безопасной эксплуатации горизонта на базе разработки рациональных технологических схем его выемки.

Существенный вклад в теорию и практику планирования и ведения очистных работ на калийных рудниках сделан учеными и специалистами: Андрейко С.С., Зубовым В.П., Калугиным П.А., Ковалёвым О.В., Комиссаровой В.К., Красноштейном А.Е., Лаптевым Б.В., Нестеровым М.П., Поляниной Г.Д., Проскуряковым Н.М., Смычником А.Д., Шалынским Г.П. и др. Однако технологические параметры селективной отработки пластов сложного строения и механизмы разрушения ответственных элементов массива при наличии взаимовлияния отрабатываемых калийных горизонтов имеют особенности, требующие дополнительных исследований, поскольку существенно влияют (а в некоторых случаях являются определяющими – например, по фактору “сохранности водозащитной толщи - ВЗТ”) на технико-экономические показатели работы рудников. Так 4 КГ имеет сложное строение, и его извлечение, используемыми на месторождении системами разработки, приведет к очень низкому содержанию полезного компонента (КCl) в горной массе – не более 15 %. В связи с этим, для условий IV КГ необходимо разработать эффективные технологические схемы, позволяющие селективно отрабатывать до 5 слоев сильвинита мощностью от 0,2 до 0,7 м, разделенных прослоями каменной соли мощностью от 0,5 до 3,5 м, при общей мощности сильвинитового горизонта до 12 м.

Цель работы: повышение эффективности работы предприятий, эксплуатирующих запасы нового калийного горизонта, на базе разработки рациональных технологических схем его выемки.

Идея работы: при выборе рациональных параметров технологических схем отработки нового IV калийного горизонта, следует в первую очередь учитывать содержание глин во вмещающем пласт соляном массиве, наличие которых определяет специфику деформационных (механических) характеристик межгоризонтной толщи и технологию отработки запасов калийных солей на месторождении.

Основные задачи работы:

• анализ и обобщение характерных горно-геологических и технологических параметров отработки пластов Старобинского месторождения;
• погоризонтная систематизация горно-геологических условий залегания калийных пластов на действующих рудниках по принципу “технологической возможности (рациональности)” извлечения;
• анализ и обобщение возможных технологий извлечения запасов IV КГ, выбор предпочтительных вариантов вскрытия, подготовки, очистной выемки, обоснование их рациональных параметров для рассматриваемых условий;
• анализ и выбор методов оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) рассматриваемого массива горных пород; моделирование нестационарных полей параметров НДС массива, вмещающего извлекаемый и отработанные горизонты, с учетом обобщенных данных о его структуре и механических свойствах; оценка взаимовлияния отрабатываемых горизонтов при реализации в их пределах различных технологических схем ведения горных работ;
• изучение механизмов влияния горно-геомеханических процессов, протекающих в соляном массиве, на параметры технологических схем извлечения запасов IV КГ и обоснование деформационных критериев локальной и региональной безопасности выемки;
• разработка методики расчета рациональных параметров технологии извлечения калийной руды в пределах 4 КГ рудниками РУП ПО “Беларуськалий”;
• выполнение прогнозных оценок технико-экономической эффективности извлечения руды IV КГ рудниками РУП «ПО «Беларуськалий» на базе разработанной методики.

Научная новизна:

1. Разработаны методические принципы выбора технологических схем отработки слоев IV калийного горизонта с учетом специфических геолого-горно-геомеханических характеристик междупластья 3-4 калийных горизонтов на базе установленных закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния вмещающего массива.

2. Получены зависимости для расчета ширины междукамерных целиков при отработке верхнего слоя камерной системой разработки в зависимости от параметров и геометрии выработанных пространств на 3 калийном горизонте, использование которых позволит обеспечить повышение эффективности и безопасности работ на 4 калийном горизонте.

Основные защищаемые положения:

1. С целью определения рациональных параметров технологических схем слоевой отработки IV калийного горизонта в первую очередь необходимо учитывать деформационные характеристики слоистой межгоризонтной толщи, представленной глиносодержащими текстурными элементами.

2. При расчете параметров камерной системы разработки верхнего сильвинитового слоя IV калийного горизонта необходимо учитывать взаимовлияние, отрабатываемых на шахтных полях, горизонтов.

3. Расчет параметров технологических схем отработки запасов IV калийного горизонта должен производиться на базе разработанного алгоритма, включающего оценку региональной безопасности рудника и оценку условий эксплуатации панельных выработок, что позволит продлить сроки службы рудников на 1015 лет.

Методы исследований: анализ и обобщение результатов предшествующих работ в области разработки месторождений минеральных солей; экспериментальное изучение физико-механических характеристик литотипов пород межгоризонтной толщи (III-IV калийного горизонта); математическое моделирование полей параметров напряженно-деформированного состояния исследуемого массива; статистическая обработка результатов экспериментов; анализ полученных результатов и сопоставление их с натурными данными по напряженно-деформированному состоянии массива горных пород Старобинского месторождения.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов подтверждается большим объемом проанализированной информации, корректностью выполненных работ по математическому моделированию напряженно-деформированного состояния соляного массива; подтверждением результатов исследований на техсоветах РУП«ПО «Беларуськалий»; внедрением разработанной методики в проектных документах по поддержанию рудной базы предприятий, отрабатывающих Старобинское месторождение; качественным соответствием полученных результатов с натурными наблюдениями и результатами работ других авторов.

Практическая значимость работы: разработка новых технологических схем отработки 4 калийного горизонта; разработка методик выбора рациональных параметров этих схем; разработка рекомендаций по проектированию ныне используемых технологических схем отработки запасов калийной руды, а также внедрению новых технологий с высокопроизводительным оборудованием в условиях 4 КГ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на LVII Международном форуме горняков и металлургов Фрайбергской Горной Академии (Германия, Фрайберг, 2007 г.); на ежегодной научной конференции молодых учёных СПГГИ(ТУ) “Полезные ископаемые России и их освоение” (СПб, 2007 г., 2008 г.); на научных семинарах кафедры РМПИ СПГГИ(ТУ); материалы диссертации использовались при выполнении хоздоговорных работ с РУП «ПО «Беларуськалий» и аспирантского гранта Ученого Совета СПГГИ(ТУ) за 2008 год.

Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации приняты к использованию ЗАО ВНИИГалургии и РУП «ПО «Беларуськалий» для проектных работ.

Личный вклад автора: сформулированы цель и задачи исследований; проанализированы геологические и горно-технологические условия отработки IV калийного горизонта Старобинского месторождения; проведено численное моделирование нестационарных полей параметров напряженно-деформированного состояния массива, выполнен анализ полученных результатов; выявлена функциональная взаимосвязь между параметрами технологических схем и НДС массива; проведена прогнозная технико-экономическая оценка реализации технологии извлечения 4 КГ.

Публикации: Основное содержание диссертационной работы изложено в 5 статьях (3 из которых в рекомендованных ВАКом РФ изданиях), 2 заявки на изобретение (приоритетные справки).

Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 182 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 177 источников, 3 приложений, включает 72 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации проанализировано современное состояние вопроса отработки запасов калийных солей на Старобинском месторождении и сформулированы цели и задачи исследований.

Вторая глава посвящена оценке горно-геомеханического состояния соляного массива; разработке вариантов технологических схем извлечения 4 калийного горизонта (КГ); обобщению механических характеристик соляного массива; выбору и обоснованию методов оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) соляного массива.

Третья глава посвящена разработке горно-геомеханических моделей и расчетных схем; оценке НДС массива, вмещающего 4 КГ; анализу результатов исследований и оценке геомеханических факторов, определяющих эффективность различных вариантов очистной выемки 4 КГ.

Четвертая глава посвящена обоснование регионально и локально безопасных вариантов извлечения запасов руды при наличии взаимовлияния горизонтов, а также разработке алгоритма расчета рациональных параметров отработки 4 КГ в условиях рудников РУП «ПО «Беларуськалий».

В заключении приведены основные научные и практические результаты диссертационной работы.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. С целью определения рациональных параметров технологических схем слоевой отработки IV калийного горизонта в первую очередь необходимо учитывать деформационные характеристики слоистой межгоризонтной толщи, представленной глиносодержащими текстурными элементами.

В пределах калиеносной толщи Старобинского месторождения залегает четыре горизонта (сильвинитовых пласта), два из которых разрабатываются в настоящее время. Все пласты характеризуются сложным строением, представлены чередованием слоев сильвинита, каменной соли, карналлита и глинистых прослойков. Глубины разработки изменяются от  350 до  1 000 м.

Запасы месторождения отрабатываются с применением трех основных систем – камерных, столбовых и комбинированных. Отработку месторождения ведут четыре рудоуправления в состав каждого из которых входит рудник и обогатительная фабрика. Однако в ближайшие 3-5 лет запасы руды на шахтных полях 1 РУ и 2 РУ будут настолько исчерпаны, что не позволят обеспечить производственные мощности рудников. В связи с этим с 2009 года начинается эксплуатация (подготовка шахтного поля) нового рудника на Краснослободском участке, а в 2012 году начнется эксплуатация рудника на Березовском участке. Вскрытие 4 КГ позволит вовлечь в отработку запасы, оцениваемые в 205 млн. тонн сильвинита, и продлить срок службы 1, 2 и 3 рудников на 15-20 лет.

Анализ горно-геологического строения непосредственно 4 КГ и межгоризонтной толщи III-IV показал, что метод аналогий (а соответственно опыт отработки II и III КГ) не может являться основой при проектировании, как самих технологических схем, так и прогноза горно-геомеханических условий отработки IV КГ. Строение IV калийного горизонта и характеристики слагающих его слоев представлены на рисунке 1.

Как видно из данного материала ценность всех слоев по 100 %-ому КСl является сопоставимой, что свидетельствует о том, что отказ от извлечения любого из слоев эквивалентен списанию в потери не менее чем 6 % запасов пласта. Максимальным содержанием сильвинита характеризуется 10 слой, причем в этом слое залегает около 26 % от суммарных запасов сильвинита в пласте.

Вышеизложенный анализ геологического строения 4 калийного горизонта позволил сформулировать следующие требования к проектируемой системе разработки:

- необходимость группирования слоев в вынимаемые пласты мощностью не менее 0,7 м;

- селективная отбойка всех слоев сильвинита;

- использование “слоевых” систем разработки с последовательной отработкой не более чем двух слоев с полным обрушением пород кровли – отработка большего количества слоев значительно увеличит вероятность посадок “на жестко” секций крепи в третьем и последующих слоях;

- селективная отбойка пустой породы (каменной соли) и ее закладка в выработанное пространство;

- разработка эффективных паспортов крепления и способа охраны групповых панельных выработок, позволяющих эксплуатировать эти выработки в течение отработки всех слоев очистными забоями.

Поскольку в пределах месторождения ведется многогоризонтная выемка калийной руды, то характеристики выра-ботанных пространств на вышележащих горизонтах могут влиять на исходное поле напряжений (до начала отработки) в рамках IV КГ.

В свою очередь горные работы в рамках IV КГ могут оказать влияние на НДС ответственных элементов массива на II и III КГ, что особо значимо в пределах “зон смягчения”, а соответственно и на состояние водозащитной тощи.

При этом период существования данных выработанных про-странств может составлять как 1-2 года, так и несколько десятков лет, в зависимости от времени, прошедшего с момента его образования до момента выемки на IV КГ. Во всех указанных случаях НДС межгоризонтной толщи и массива вмещающего IV КГ будет различным. Такой широкий временной и пространственный диапазон условий формирования НДС ука-зывает на необходимость учета влияния данных ус-ловий на параметры технологических схем.

На базе анализа геологической информации о строении и механических свойствах литотипов пород, слагающих соляную толщу, была построена осредненная ее стратиграфическая характеристика, представленная на рис. 2.

Для определения величин и характера распределения полей напряжений и деформаций в ответственных элементах вмещающего массива были разработаны горногеомеханические модели (ГГМ) и расчетные схемы (РС), учитывающие различную геометрию и условия образования выработанных пространств. В ГГМ исследовались массивы, вмещающие выработанные пространства, как камерных (с жесткими и податливыми целиками), так и столбовых систем разработки.

Моделирование осуществлялось с помощью метода граничных элементов. Результаты моделирования позволили получить распределение полей напряжений в соляном массиве при всех возможных “граничных” (с точки зрения оценки нагрузок на многогоризонтную толщу) горнотехнических ситуациях, построить поля параметров НДС, получить их осредненные значения в характерных элементах массива в зависимости от вида системы разработки и срока существования выработанных пространств. Также моделирование позволило получить эпюры распределения напряжений и деформаций в окрестности выработок на IV КГ и сопоставить их с аналогичными параметрами для III КГ. Выполненные исследования показали возможность более высоких величин конвергенции пород кровли-почвы в охранных целиках, подготовительных выработках и очистных забоях в сопоставлении с III КГ. Такие проявления горного давления на IV калийном горизонте в большей мере связаны не с увеличением глубины залегания этого горизонта (относительно III КГ), а с горно-геомеханическими характеристиками межгоризонтной
толщи III-IV КГ. Данные факторы приняты как определяющие при исследовании НДС соляного массива и расчете параметров технологических схем.

2. При расчете параметров камерной системы разработки верхнего сильвинитового слоя IV калийного горизонта необходимо учитывать взаимовлияние, отрабатываемых на шахтных полях, горизонтов.

Анализ возможных вариантов “слоевых” систем разработки позволил провести предварительную группировку слоев в вынимаемые пласты: верхний пласт 0,7 м – 12 слой; средний пласт 2,3 м – слой 10, каменная соль 9-10, слой 9; нижний пласт 3,53 м – с 5 по 8 слои. Принятие тех или иных способов группировки пластов будет зависеть от текущего спроса на калийные удобрения и уровня очистного оборудования, что определяет в конечном итоге стоимость продукта и издержки производства.

Анализ различных вариантов группирования и очистной выемки пластов позволил предложить наиболее рациональную (с точки зрения минимизации потерь и максимального использования селективной выемки руды) технологию выемки 4 КГ – отработку тремя слоями с камерной системой разработки по 12 слою, и двумя длинными очистными забоями по нижезалегающим слоям с селективной отбойкой сильвинита и каменной соли с последующей закладкой до 90 % выработанного пространства пустой породой. В приложении 1 приведен вариант технологической схемы отработки 4 КГ тремя слоями – верхний из которых (12 с.с.) отрабатывается камерной системой разработки, второй (10 и 9 с.с.) и третий (с 8 по 5 с.с.) слои отрабатываются длинными очистными забоями. В представленной системе разработки необходимо обосновать следующие параметры: количество и место расположения (относительно очистных пространств и по мощности 4 КГ пласта) панельных выработок, размеры междуштрековых целиков, размеры межпанельных и внутрипанельных целиков, месторасположение и параметры закладочных штреков, параметры слоевых выработок, параметры очистных забоев и закладочных массивов и др.

В настоящее время практически во всех очистных забоях на 2 и 3 калийных горизонтах ведется валовая выемка руды, что значительно снижает содержание КСl в рудной массе и соответственно требует значительных средств на обогащение руды на фабриках рудоуправлений. Однако переход на селективную выемку полезного ископаемого (сильвинита) и пустой породы (каменной соли) сдерживается практическим отсутствием отечественной горной техники, позволяющей в длинных очистных забоях вести раздельную отбойку слоев. Широкомасштабные работы по созданию очистных комбайнов, позволяющих селективно отбивать слои небольшой мощности (от 0,1 до 1,0 м), ведутся на предприятиях Айгофф. Очистные комбайны для селективной отбойки созданы на базе очистных машин серии SL.

Отличительной особенностью таких машин является возможность работать на уступных по мощности забоях. Данная возможность реализуется путем установки дополнительного шнека небольшого диаметра, который отрабатывает слой пласта с опережением на один цикл, либо путем установки шнеков, которые могут регулироваться не только по мощности пласта, но и в глубину забоя. Таким образом, обработка забоя (выемка пласта или пустой породы) ведется на двух уступах, ширина каждого из которых равняется ширине захвата выемочной машины.

Основным недостатком длинных очистных забоев, оборудованных такими машинами, является необходимость выемки одной полосы в два (а иногда и в три) прохода комбайна, что значительно снижает нагрузку на лаву. Для условий 4 КГ было проведено моделирование НДС массива горных пород в зависимости от начального поля напряжений на горизонте (влияния выработанных пространств 2 и 3 КГ), размеров межпанельных целиков, размеров междуштрековых целиков, взаимного расположения выработанных пространств, по слоям, параметров камерной системы разработки по 12 слою 4 КГ (ширины камер и целиков) и т.д. Фрагмент результатов моделирования приведен на рис. 3.

Обобщение результатов моделирования позволило получить зависимости для расчета параметров камерной системы разработки (пролет камер и ширина МКЦ) которые позволяют при отработке нижних лав перенести максимум опорного давления вне массива, вмещающего подготовительные выработки нижних лав, за счет перехода МКЦ в запредельное состояние.

Обобщение результатов моделирования позволило предложить зависимость для расчета вертикальных напряжений по 12 с.с., а соответственно и параметров камерной системы разработки

где Н – глубина горных работ, м; – средневзвешенная плотность вышележащих пород, кг/м3; kОДЛ - коэффициент опорного давления лавы по 9-10 слоям; k3КГ – коэффициент концентрации от горных работ на 3 КГ, ; t1 – время прошедшее с момента отработки лавы на 3 КГ, месяцы.

Использование данной зависимости позволяет рассчитать необходимые параметры камерной системы разработки, обеспечивающие переход целиков в запредельное состояние, определяемое неравенством:

kK - коэффициент концентрации от нижерасположенных длинных очистных забоев (kК = 2-3);

kФ – коэффициент формы (kФ = 3-7) kф =b/h;

а – пролет камер, м (а=0,78 м);

b – ширина МКЦ, м (от 0,5 до 6 м);

h – высота целика (h=0,7 м, возможно до 4 м при отработке камер с присечкой боковых пород и закладкой их в соседние камеры).

Для разработанных зависимостей коэффициент корреляции составляет  = 0,78 при коэффициенте надежности 3,2.

3. Расчет параметров технологических схем отработки запасов IV калийного горизонта должен производиться на базе разработанного алгоритма, включающего оценку региональной безопасности рудника и оценку условий эксплуатации панельных выработок, что позволит продлить сроки службы рудников на 1015 лет.

Параметры технологических схем (внутрипанельные и межпанельные целики), рассчитанные с использованием инструкций действующих в объединении, требуют оставления целиков от 100 м до 350 м (для различных глубин). Разработанный вариант технологической схемы позволяет обеспечить требуемое состояние подготовительных выработок при сокращении размеров целиков до 10-20 м.

Разработанные методические положения по выбору рационально-безопасных параметров технологии доизвлечения IV КГ, обобщенно отраженные в представленном алгоритме (рис. 4), позволили предложить типовые технологические схемы отработки IV калийного горизонта.

Для расчета вертикальных напряжений в зоне расположения панельных выработок была получена зависимость

kЗАЩ – коэффициент защитного действия камерной системы разработки по 12 с.с.;

L – текущая координата (расстояние от краевой части массива), м; t2 – время прошедшее с момента начала разрушения камер, месяц. Для разработанных зависимостей коэффициент корреляции составляет  = 0,77 при коэффициенте надежности 3,1.

Разработанные технологические схемы позволяют обеспечить требуемое состояние подготовительных выработок при сокращении размеров межпанельных и внутрипанельных целиков до 10-20 м. Разработанная технология характеризуется достаточно высокими технико-экономическими показателями за счет увеличения срока службы калийных рудников и получения, соответственно, значительной дополнительной прибыли.

Коэффициент извлечения для разработанных технологий по сравнению с используемыми на 3 КГ технологическими схемами увеличивается с 0,4 до 0,7 (в условиях 4 КГ), содержание полезного компонента в руде увеличивается с  18 % до  30 %. Увеличение участковой себестоимости добываемой руды компенсируется снижением затрат на ее обогащение, а также значительным (на порядок) уменьшением отходов обогащения. Прогнозный экономический эффект от внедрения технологических схем составит до 1,75 млрд. рублей РБ на одну панель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой предлагается новое решение актуальной научной задачи - разработка рациональных технологических схем выемки калийных пластов сложного строения с учетом обеспечения требуемой эффективности, безопасности и конкурентоспособности предприятий, имеющей существенное значение при подземной разработке пластовых соляных месторождений.

Основные научные и практические результаты, полученные в процессе выполнения работы, заключаются в следующем:

1. На базе обобщения опыта отработки калийных пластов в условиях РУП «ПО «Беларуськалий» и горно-геологических условий залегания 4 КГ установлено, что наиболее рациональной в условиях данного горизонта является слоевая его выемка с селективной отбойкой сильвинита и пустой породы.

2. На базе анализа опыта отработки 2 и 3 КГ и горно-геомеханических ситуаций на шахтных полях объединения установлена целесообразность группирования пачек 4 КГ в вынимаемые пласты и обоснована необходимость внедрения комбинированных систем разработки (камерные и столбовые по определенным слоям) с использованием управления кровлей в длинных очистных забоях с полной закладкой выработанного простраства и с использованием податливых целиков по верхнему сильвинитовому слою.

3. На базе моделирования горно-геомеханических процессов установлены закономерности изменения параметров напряженно-деформированного состояния ответственных элементов массива (междукамерных целиков, межслоевых пачек, кровли подготовительных выработок и т.д.) при комбинированных системах разработки слоев (столбовые и камерные), а также изменения НДС данных элементов во времени – на моменты прохода фронтов очистных работ всех слоев и до момента “восстановления” геостатического поля напряжений.

4. Установлена степень влияния многоризонтной выемки на НДС 4 КГ (изменение геостатического поля напряжений) при одновременной выемке двух горизонтов с учетом используемых систем разработки и времени существования выработанных пространств.

4. Предложены критериальные параметры для расчета ширины междукамерных целиков при отработке верхнего слоя камерной системой разработки, которые переходят в запредельное состояние при подработке их длинными очистными забоями и обеспечивают устойчивое состояние участковых выработок нижних лав.

5. Предложены инженерные зависимости для расчета безопасной ширины выемочных камер и размеров междукамерных целиков в функции начального НДС 4 КГ с учетом изменения влияния вышележащих горизонтов во времени.

6. Предложены технологические схемы отработки 4 КГ двумя и тремя слоями с селективной отбойкой руды и пустой породы и оставлением в выработанном пространстве межслоевых пачек каменной соли.

7. Разработан алгоритм расчета параметров технологических схем отработки 4 КГ, внедрение которых позволит продлить срок службы рудников на 10-15 лет при обеспечении характерной степени извлечения сильвинитовой руды из недр на эксплуатируемых калийных рудниках, с соблюдением требований региональной безопасности рудников (допустимые перемещения кровли 4 КГ при его извлечении).

8. Обоснованы исходные данные для проектирования выемочных комбайнов для извлечения 4 КГ на Старобинском месторождении.

9. Разработанная методология отработки запасов в комплексе многогоризонтной их выемки может быть использована применительно к условиям комплексной эксплуатации жидких (нефть) и твердых (химическое сырье) полезных ископаемых.

10. Экономический эффект от внедрения данной технологии составит до 0,5 млн. долларов США на одну панель шириной от 200 до 300 м.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бондарев К.А. Методологические аспекты влияния геомеханических состояний угленосных массивов на их фильтрационные характеристики. /О.В. Ковалев, И.Ю. Тхориков // Записки Горного института, том 172, СПб, 2007.

2. Бондарев К.А. Обоснование рациональных способов вскрытия и отработки IV горизонта в условиях Старобинского месторождения калийных солей. /Е.Р. Ковальский// Записки Горного института, том 172, СПб, 2007.

3. Бондарев К.А. Методические аспекты оценки роли геомеханических состояний угленосных массивов в формировании безопасных условий отработки высокогазоносных угольных пластов Печорского бассейна /О.В. Ковалев, И.Ю. Тхориков, С.А. Васильев// Записки Горного института, том 173, СПб, 2008.

4. Бондарев К.А. The substation of rational opening and mining methods of IV horizon in conditions of a Starobino potash Salt deposits// Freiberger forschungshefte, c516, Geoingenieurwesen 2007.

5. Бондарев К.А. Технологические схемы доизвлечения запасов калийных руд Старобинского месторождени из целиков на базе бурошнековой выемки/ О.В. Ковалев, И.Ю. Тхориков, Е.Р. Ковальский// Материалы конференции “Освоение минеральных ресурсов севера проблемы и решения 2008”, Воркута, 2008.

Заявка на изобретение «Способ создания подземных резервуаров в формациях каменной соли» (приоритет № 2253733 от 26.01.2009).

Заявка на изобретение «Способ охраны подготовительных выработок при слоевой выемке соляных пластов» (приоритет № 2009113380 от 09.04.2009).