ООО «РАНК 2», Горный институт НИТУ «МИСиС»: эффективное решение упрочнения междукамерного целика (МКЦ) анкерной крепью при разработке Илецкого месторождения каменной соли

Главная / Добыча / ООО «РАНК 2», Горный институт НИТУ «МИСиС»: эффективное решение упрочнения междукамерного целика (МКЦ) анкерной крепью при разработке Илецкого месторождения каменной соли

03.09.2025

анкерная крепь горно-шахтное оборудование РАНК 2

Реклама. ООО «РАНК 2», ИНН 5408010484
Erid: F7NfYUJCUneTSUChPNAb

Естественные залежи каменной соли возрастом более 270 миллионов лет под городом Соль-Илецком являются уникальным ценным природным ресурсом России, представляют собой геологическое тело в форме соляного купола, который был выведен на поверхность.

Размеры соляного тела на глубине 215 метров составляют 1920 метров по длинной оси и 840 метров по короткой, а на глубине 600 метров — 2150 метров по длинной оси и 880 метров по короткой. Это колоссальные разведанные запасы до глубины 600-700 м, из которых доля балансовых составляет 568 406 000 тонн. По геофизическим данным, на глубине 1600 м размер купола равен 6-4 км.

При нынешнем объёме добычи до 1,7 млн т/год месторождение будут отрабатывать не менее 200 лет. Высокое качество добываемой соли не требует дополнительных процессов очистки. Её переработка заключается в дроблении на специальных вальцевых станках и сортировке методом грохочения с разделением сырья на фракции.

Двухсотлетняя эксплуатация Илецкого месторождения каменной соли носила хаотичный характер. Длительное время добыча соли велась вручную, с поверхности. С 1889 года началась подземная добыча, до 1926 года соль вынимали в «Старой камере» на глубине 140 метров. С каждым годом технологии совершенствовались, и с 1964 года стартовала разработка новых участков на глубине 280 метров, а в 2004 году компания «Руссоль» начала работы на глубине 300 метров.

Деятельность горнодобывающих предприятий связана с длительным влиянием на геологическую среду, приводящим к нарушению существующего природного равновесия. Основной техногенной опасностью при разработке месторождений соляных легко водорастворимых геоматериалов является аварийное внезапное, непрогнозируемое водопроявление с растворимостью галогенных отложений соляной толщи.

Вода и рассолы в результате подработки водозащитной толщи проникают через трещины, размывают соляной массив, защитные междукамерные целики (МКЦ) и вмещающие породы, возникают обильные водо- и рассолопритоки.

Результаты воздействия водо- и рассолопритоков проявляются в:

нарушении гидродинамического режима и затоплении рудника;
последующем обрушении вмещающих пород с провалообразованием, нарушением и эрозией ландшафта;
невосстановимых потерях полезного ископаемого;
изменении химического состава подземных и поверхностных вод;
изменении температурных параметров массива горных пород.

Основным условием применимости системы разработки на легкорастворимых соляных месторождениях является условие сохранения сплошности водозащитной толщи между отрабатываемыми этажами и водоносными горизонтами. Как показывает опыт отработки таких месторождений, наилучшие условия сохранности водозащитной толщи в долгосрочной перспективе обеспечиваются обоснованными параметрами охранных и междукамерных целиков.

Поэтому безопасная эксплуатация водорастворимых соляных месторождений связана с тем, чтобы исключить возможность образования трещин между выработками и водоносными горизонтами.

Изменение влажности влияет на устойчивость массива при разработке соляных месторождений из-за гигроскопичности и склонности к изменению прочностных и деформационных показателей пород, которые снижают устойчивость и повышают ползучесть междукамерных целиков.
Ранее вследствие заложения в верхней, трещиноватой и закарстованной части соляного штока были затоплены несколько шахт и рудник № 1.

В настоящее время на руднике № 2 горные работы идут под водозащитной потолочиной мощностью 130 м, отделённой от затопленной шахты № 1 камерной системой разработки с оставлением междукамерных ленточных целиков. Очистные камеры имеют следующие параметры: протяжённость — до 500 м, высота — 30 м, ширина — 30 м, размер междукамерных целиков — 26÷28 м. Отработка камер — послойная, нисходящая, без крепления, с использованием проходческо-очистных комбайнов «Урал-20», количество слоёв — 14.

Безопасное и эффективное освоение запасов месторождения предполагает решение ряда геомеханических задач: охраны месторождения от затопления; предотвращения проникновения воды в горные выработки; обеспечения сохранности поверхностных объектов для их безопасной и безаварийной эксплуатации; недопущения больших потерь каменной соли.

С переходом на большие глубины разработки проблема обеспечения устойчивости горных выработок и междукамерных целиков большой протяжённости и сечения в соляных рудниках на весь срок их службы становится чрезвычайно актуальной.

Для крепления междукамерных целиков специалисты ООО «РАНК 2» совместно с НИЦ «Прикладная геомеханика и конвергентные горные технологии», Горный институт НИТУ «МИСиС» разработали специализированную крепь АКМ20.01-32 (патент RU 195787 U1).

Кроме того, они создали систему упрочнения деформируемых частей междукамерного целика (МКЦ) в этаже –132/–160 м анкерами, определив необходимые характеристики для сохранения устойчивости геомеханической системы рудника на время отработки третьего нижележащего этажа –240/–270 м. Проект выполнен, чтобы обеспечить безопасность горных работ на предприятии в период 2018–2032 гг.

Анализ результатов обследования состояния выработанных пространств на рудниках месторождений калийных и каменных солей показывает, что на отдельных участках при отработке пластов с «жёсткими» целиками, рассчитанными на «бесконечный» срок службы, спустя 20-30 лет и ранее наблюдаются их значительные разрушения.

Проведённый анализ отечественного и зарубежного опыта показал, что наибольшие нагрузки возникают в нижней части целика и частично в верхней, что и показали результаты моделирования.

По результатам обследования состояния МКЦ его отнесли ко второй категории разрушения: в МКЦ появились признаки разрушения (отдельные трещины, заколы и коржи на боковых поверхностях).

Соляные породы пластичны, то есть обладают способностью под нагрузкой изменять форму без разрыва сплошности, накапливая необратимые деформации.

Этот параметр существенно зависит от скорости нагружения, температуры, влажности и др. Пластичные соляные породы характеризуются значительными деформациями ползучести при констатированной нагрузке. Породы характеризуются неустановившейся, установившейся и прогрессирующей стадиями ползучести.

Взаимодействие якорного анкера с междукамерным целиком носит сложный пространственно-временной характер. Это обусловлено упруго-вязко-пластическими свойствами каменной соли, длиной и диаметром, начальным натяжением якорного анкера и т. п. Изменение начального усилия в натяжении анкера зависит в первую очередь от реологических свойств соляного междукамерного целика.

Процесс пластичного течения соляных пород с помощью жёсткой крепи остановить нельзя, необходимо контролируемое управление. Ни один элемент рудничной крепи в отдельности не способен обеспечить достаточного сопротивления движению массива каменной соли. Попытки остановить этот процесс посредством использования жёсткой крепи не приносят результата: в конечном итоге она разрушается.

Крепь в таких условиях должна обеспечивать достаточное сопротивление горному давлению, но в то же время быть податливой, чтобы позволять массиву каменной соли двигаться под контролем в течение всего срока эксплуатации участка и выработок. Необходимо в рассматриваемых условиях применить систему, состоящую из нескольких элементов.

Для повышения эффективности целесообразно использовать податливые виды крепи, допускающие смещения и деформации за пределами упругих напряжений при сохранении своей несущей способности.

Разработанная система крепления МКЦ (рис. 1, 2) состоит из анкерной крепи с якорями (рис. 3), высокопрочной поверхностной крепи — сетки MINAX (рис. 4) и самозакрепляющихся анкеров (СЗА, рис. 5).

Рис. 1. Междукамерный целик: 1 — МКЦ; 2 — просекающие целик выработки верхнего горизонта;
3 — просекающие целик выработки нижнего горизонта;
4 — 2-е сопряжение просекающих целик выработок верхнего горизонта.

Рис. 2. Схема крепления МКЦ: а — разрез вкрест простирания целика; б — участок обнажения
бока целика по направлению его простирания; 1, 2 — просекающие целик выработки верхнего и
нижнего горизонтов соответственно; 3 — скважина в целике под анкер; 4 — якоря.

Для контроля за работой анкеров, в том числе на стадии проведения опытно-промышленных испытаний, устанавливаются волоконно-оптические датчики деформации FBG-ST-310, FBG-ST-330 и проводят постоянные наблюдения. Датчики предназначены для измерения относительной деформации на поверхности конструкций.

Рис. 3. Анкерная крепь АКМ20.01-32: 1 — стержень анкера;
2 — муфта; 3 — хвостовик; 4 — опорная шайба; 5 — гайка; 6 — якорь.

Рис. 4. Ромбовидная сетчатая затяжка
MINAX® 80/3 для анкерной крепи. — Рис. 4. Ромбовидная сетчатая затяжка MINAX® 80/3 для анкерной крепи.

Рис. 5. Самозакрепляющийся анкер (СЗА): 1 — тело анкера; 2 — опорная шайба.

Заключение

Разработанная система крепления МКЦ обеспечивает:

создание упруго-пластичной неразрушаемой системы крепления «анкерная крепь — МКЦ» посредством изменения усилия затягивания анкерной крепи в условиях деформирования МКЦ, допускающей смещения и деформации за пределами упругих напряжений при сохранении своей несущей способности;
постоянный мониторинг работы анкеров в режиме реального времени посредством установки волоконно-оптических датчиков деформации FBG-ST-310, FBG-ST-330;
снижение возможных техногенных рисков при разработке месторождений каменной соли.

Текст:
Ходосевич Илья Николаевич, директор ООО «ШСИ»;
Старостин Иван Юрьевич, директор по перспективным разработкам ООО НПО «РАНК»;
Ходосевич Алексей Николаевич, коммерческий директор по направлению «Рудники» ООО «РАНК 2»;
Карасёв Вячеслав Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, ведущий специалист по инновационному развитию ООО НИЦ-ИПГП «РАНК».

ООО «РАНК 2»