Проект вскрытия, подготовки и отработки Третьего калийного пласта в условиях шахтного поля 2 РУ ОАО «Беларуськалий»

Добыча минеральных солей и продуктов их переработки непрерывно возрастает как на мировом уровне в целом, так и в отдельных странах.

Одной из важнейших задач сегодня и в перспективе на будущее является необходимость развития производства и полного обеспечения потребности народного хозяйства в минеральных удобрениях.

Каждый килограмм калийных удобрений, внесенных в почву, позволяет дополнительно получить до 5 кг зерна, 50 кг картофеля, 40 кг сахарной свеклы, 20 кг томатов, 2 кг хлопка-сырца.

Ежегодно необходимо вносить в почву 40−200 кг калийных удобрений на 1 га посевных площадей для восполнения питательных веществ. Поэтому потребность в калийных удобрениях очень велика, а следовательно и добыча калийных руд.

Более 95% всех калийных солей добывается шахтным способом на двух месторождениях — Старобинском и Верхнекамском.

Жесткая конкуренция на рынках сбыта заставляет искать новые организационные подходы к проблеме реализации продукции. Созданная калийными предприятиями Беларуси и России Международная калийная компания успешно работает в этом направлении. Удалось преодолеть сложности на мировом рынке, связанные с дисбалансом между производственными мощностями и реальным производством, определяемым спросом на калийную продукцию.

Продукция экспортируется в 52 страны земного шара: Китай, Индия, Бразилия, Зимбабве, Алжир, Шри-Ланка, Перу, и др. В 2006 году произведено около 6332,7 тыс. т минеральных удобрений в пересчете на 100% К₂О. Постоянно наращиваются объемы выпуска пользующихся спросом вновь освоенной на предприятиях объединения продукции — обеспыленных мелкозернистых калийных удобрений, пищевой и кормовой соли, полностью удовлетворяется потребность населения в высококачественных удобрениях, выпускаемых в расфасованном виде. Одним из важнейших условий увеличения добычи руды является эффективное использование оборудования.

Для горнодобывающих отраслей промышленности особую актуальность приобретают создание и внедрение машин и агрегатов высокого технического уровня, обладающих значительной производительностью, большой единичной мощностью при одновременном уменьшении их габаритов, снижение металлоемкости, энергопотребления на единицу конечного продукта и повышения надежности и долговечности.

Создание современных машин высокого технического уровня предполагает использование новых прогрессивных методов проектирования, отказ от большинства традиционных методов расчета и широкое применение при конструировании современных ЭВМ.

Анализ горно-геологических условий калийных месторождений и горнотехнических условий добычи калийных руд, а также учет состояния и тенденции развития горного машиностроения позволили определить форму такого перехода, а именно: выемка комбайновыми комплексами на базе машин большой единичной мощности.

Широкое внедрение усовершенствованного оборудования в перспективе позволит значительно улучшить качество добываемой руды, повысить безопасность работ, снизить объемы отходов производства, уменьшить негативные последствия оседания земной поверхности, повысить извлечение полезного ископаемого и др.

1. Характеристика района и месторождения

1.1 Общие сведения о месторождении

Старобинское калийное месторождение калийных солей расположено в пределах Солигорского, Любанского и Слуцкого района Минской области РБ. Площадь месторождения около 350 км.

Открыто месторождение в 1949 году Белорусским геологическим управлением. Геологоразведочные работы проводились в 1949;1952 и 1958;1961 годах.

В 1962 году был введен в эксплуатацию Первый калийный комбинат. В настоящее время добыча калийных солей ведется 4-мя рудоуправлениями на 4-х шахтных полях.

В связи с освоением Старобинского месторождения в 135 км к югу от столицы Республики Беларусь г. Минска построен промышленный центр по выпуску калийных удобрений г. Солигорск. В 8 км от него к юго-западу расположен г. п. Старобин, в 40 км к востоку — районный центр г. Любань, в 35 км к северу — г. Слуцк. Со всеми вышеназванными населенными пунктами г. Солигорск связан асфальтированным шоссе. Территория месторождения покрыта густой сетью грунтовых дорог.

В Центральной части территории месторождения расположена станция «КАЛИЙ» Белорусской железной дороги, построенная у Первого калийного комбината, которая связана железнодорожной веткой со станцией г. Слуцк. Через последнюю проходит железная дорога, соединяющая два крупных железнодорожных узла Барановичи и Осиповичи, первый из которых находится на магистральном пути Москва-Брест, а второй — Вильнюс-Киев.

В г. Солигорске, помимо объектов горно-химической индустрии, расположенных на 4-х рудоуправлениях ОАО «Беларуськалий», имеются: завод железобетонных конструкций, завод по ремонту горного оборудования, ряд строительных организаций, предприятия легкой и пищевой промышленности.

Промышленные предприятия и населенные пункты получают электроэнергию от общей кольцевой энергетической системы Европейской части бывшего СССР.

Водоснабжение населения и промышленных предприятий осуществляется скважинами и колодцами, эксплуатирующими подземные воды девонских и четвертичных отложений.

В районе имеются месторождения строительных материалов (песчано-гравийный материал, строительные пески и другие), часть которых в настоящее время разрабатывается.

Район месторождения густо населен. Основным занятиям местного населения является сельское хозяйство и лишь в наиболее крупных населенных пунктах (Слуцк, Погост, Старобин, Глуск, Любань) имеются небольшие предприятия местной промышленности и промысловой кооперации. В геоморфологическом отношении месторождение расположено в пределах северного окончания Припятской впадины Полесья.

Рельеф района месторождения равнинный. Лишь в северной части встречаются холмообразные возвышенности конечно-моренных гряд. Абсолютные отметки земной поверхности изменяются от +137,9 до +173,2 м.

Климат района умеренно-континентальный, характеризующийся прохладным летом и умеренной непостоянной теплой зимой. Зимний период характеризуется крайне неустойчивой температурой, частой сменой морозов и оттепелей, средняя температура самого холодного месяца января составляет — 6°. Высота снежного покрова составляет 18 см. Лето характеризуется умеренной температурой, обильными осадками. Среднемесячная температура самого теплого месяца июля +18°.

Максимальное количество осадков выпадает в июле (от 76 до 108 мм), среднегодовая абсолютная влажность воздуха равна 6,9 г/м³. Для района характерно развитие частых ветров со средней скоростью 2,9 — 6,6 м/сек, направление ветров в основном западное и юго-западное.

Территория района месторождения покрыта густой сетью рек и ручьев. Главной водной артерией является р. Случь с притоком р. Морочь. По данным Старобинского гидропоста в январе ширина р. Случь — 41,85 м, средняя глубина -1,06 м, наибольшая глубина -1,51 м, средняя скорость -0,2 м/с, максимальная скорость — 0,3 м/с, общий расход воды -9,16 м/мин. На реке Случь в районе г. Солигорска создано крупное водохранилище, служащее источником технического.

Рисунок 1.1. Расположение шахтных полей Краснослободского и действующих рудников на Старобинском месторождении:

1- изолинии содержания слабых прослойков;

2 — контур выклинивания Третьего калийного пласта;

3 — региональные и краевые тектонические нарушения;

4 — охранные целики различного назначения;

5 — границы шахтных полей.

1.2 Стратиграфия

Геологическое строение шахтного поля рудника Второго рудоуправления особо не отличается от строения всего месторождения. Здесь принимают участие породы кристаллического фундамента докембрийского возраста, и осадочный чехол, представленный верхнепротерозойскими, палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими породами.

Породы кристаллического фундамента (Ar+Pt1) залегают на площади месторождения на глубинах 1600−2500 м. Представлены гранитами и гранодиоритами. Они несогласно перекрыты образованиями осадочного чехла, в основании которого развита мощная (до 350 м) красноцветная среднерифейская белорусская (пинская) серия, представленная мелкои среднезернистыми песчаниками и песками с редкими прослоями красно-бурых и темно-серых глин. На ней с размывом и несогласием залегает толща (около 110 м) вендских туфогенно-осадочных пород.

Разрез девонских отложений, как и в других частях Припятского прогиба, начинается отложениями среднеи верхнедевонской терригенной толщи. В составе верхнего девона выделяются отложения франского и фаменского ярусов. Отложения франского яруса (D₃fr) подразделяются на три толщи:

Ш Нижняя глинистая — сложена доломитовыми глинами и мергелями, содержащими алевролитовый и песчаный материал и прослои доломита. Мощность колеблется от 28 до 50 м.

Ш Средняя доломитовая представлена плотными кавернозными кристаллическими доломитами серого цвета, мощностью равной 96 м.

Ш Верхняя гипсоносная (мощность 20−85 м), представленная глинами и мергелями, обычно доломитовыми, серой и зеленовато-серой окраски с прослоями гипсо-ангидритовых пород и доломитов.

Отложения фаменского яруса подразделяются на три толщи: межсолевая, верхняя соленосная и надсолевая глинисто-мергелистая.

Межсолевую толщу слагают доломитизированные известняки с прослоями алевролитов, песчаников, карбонатных глин и мергелей. Мощность их составляет до 200 м.

Соленосная толща представлена многократным чередованием хорошо выдержанных пластов каменной соли с пачками глинисто-карбонатных пород, в основном глин и мергелей. Она заключает в себе 4 калийных горизонта, каждый из которых приурочен к мощному пласту каменной соли.

Надсолевая глинисто-мергелистая толща залегает согласно на соленосной толще и мощность ее колеблется от 230 до 560 м. По литологическому составу эта толща разделяется на две подтолщи: верхнюю — глинисто-мергелистую (безсульфатную) и нижнюю — гипсово-мергельно-глинистую (сульфатную). Для нижней части гипсово-мергельно-глинистой подтолщи характерны прослои ангидрита и ангидрит-известковой породы, а для верхней — прожилки и прослои гипса и гематитовых прослоев. В нижней части глинисто-мергелистой подтолщи отмечается исчезновение гипса и присутствие прожилков керогнесодержащих пород (сапропелевые мергели, горючие сланцы) и прослои строматолитовых известняков.

В разрезе мезозойско-кайнозойских отложений выделяются юрские, меловые, палеогеновые, неогеновые и четвертичные образования.

Юрские отложения распространены спорадически и представлены чередованием серых и темно-серых слюдистых и песчанистых глин с прослоями и линзами песков, обогащенных растительными остатками.

Верхнемеловые отложения (сеноманский, сенонский и туронский ярусы) распространены на всей территории месторождения. Они несогласно залегают на поверхности глинисто-мергелистой свиты верхнего девона или на северо-восточной части месторождения — на юрских отложениях. Сложены они преимущественно писчим мелом.

Палеогеновые кварц-глауконитовые пески и слабоцементированные песчаники развиты повсеместно и имеют мощность в среднем около 28 м.

Неогеновые отложения представлены песками кварцевыми тонко-мелкозернистыми с пластами и линзами глин серых и желтовато-серых, иногда присутствуют пласты и линзы бурого угля. Мощность их колеблется от 5 до 50 м.

Четвертичные отложения слагаются, в основном, флювиогляционпыльными и ледниковыми песчано-глинистыми и гравийными отложениями, а также древними и современными аллювиальными отложениями. Мощность их около 50 м.

1.3 Тектоника

рудник стратиграфия тектоника месторождение

Старобинское месторождение калийных солей расположено в пределах северо-западной части Червонослабодской тектонической ступени.

Особенности геологического строения этой территории обусловлены наличием и развитием обрамляющих ее региональных разломов.

Кристаллический фундамент на площади месторождения разбит на ряд блоков. Нижние структурные этажи осадочного чехла унаследуют структурные элементы поверхности фундамента. Ведущей в строении этих этажей является разрывная тектоника.

На месторождении выявлен ряд субширотных и субмеридиональных блокообразующих тектонических нарушений, которые представляют собой систему ступенчатых сбросов с суммарной амплитудой 20−400 м. Амплитуды от нижележащих к вышележащим отложениям постепенно затухают.

Шахтное поле второго рудника расположено в пределах Западного и Восточного тектонических блоков, ступенеобразно погружающихся в восточном направлении.

В настоящее время геофизическими и буровыми работами достаточно полно изучены субмеридиональные Северо-западное и Западное нарушения, а также центральное Краснослабодское с севера на юг пересекающее площадь Краснослабодского участка с амплитудой смещения пластов от 30 до 100 м. Углы падения сбрасывателя колеблются от 15 до 85 градусов.

Все эти нарушения затрудняют отработку месторождения, создают угрозу прорыва подземных вод в горные выработки и требуют дополнительных геологоразведочных работ. Кроме того, вблизи тектонических нарушений увеличиваются углы падения пласта, встречаются трещины разрыва со смещением слоев, породы в зоне брекчированы, и наблюдаются замещения сильвинитовых слоев каменной солью.

1.4 Гидрогеология

Старобинское месторождение расположено в краевой северо-западной части Припятского артезианского бассейна. В пределах месторождения различают:

* надсолевой водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях;

* подсолевой водоносный комплекс в породах девона и верхнего протерозоя (венда).

Названные водоносные комплексы образуют верхний и нижний гидрогеологические этажи, которые разделены водоупорными породами глинисто-мергелистой и соленосной толщ. Водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях мощностью 100−120 м относится к зоне активного водообмена и подстилается регионально выдержанными водоупорными породами ГМГ. Воды его преимущественно пресные используются для хозяйственного питьевого водоснабжения.

Подсолевой водоносный комплекс общей мощностью около 1000 м приурочен к карбонатным породам фаменского и франского ярусов верхнего девона, к терригенным породам среднего и верхнего протерозоя, разделенных относительно водоупорными породами ливенского, пашийско-кыновского и пярнуско-наровского горизонтов. Водовмещающие карбонатные породы верхнего девона характерезуются низкой водообильностью и плохой проницаемостью. Водоносные горизонты терригенных пород среднего девона и верхнего протерозоя включают хорошо проницаемые обводненные песчаники соответственно старооскольского возраста и пинской свиты.

Надсолевый и подсолевый водоносные комплексы разделены породами ГМТ и соленосной толщ мощностью 500−1000 м, служащих надежными водоупорами, обеспечивающими гидрогеологическую закрытость нижнего гидрогеологического этажа. Взаимосвязь вод надсолевого и подсолевого комплексов исключается как по площади месторождения, так и в зонах дизъюнктивных нарушений, где породы соляных отложений крепко спаяны соляным цементом, безводны и водоупорны.

Верхняя часть осадочного чехла сложена проницаемыми породами, создающими благоприятные условия для инфильтрации атмосферных осадков и пополнения запасов подземных вод. Все водоносные горизонты этой части разреза гидравлически связаны между собой.

Воды подсолевого водоносного комплекса представлены преимущественно высококонцентрированными рассолами.

1.5 Краткая геологическая характеристика шахтного поля 2РУ

Шахтное поле рудника Второго рудоуправления расположено в крайней северо-западной части Старобинского месторождения калийных солей. На востоке оно граничит с шахтными полями Первого и Третьего рудоуправлений, а на западе и севере ограничено разрывными тектоническими нарушениями, простирающими в северном и северо-восточном направлении, установленными по данным сейсморазведочных и горных работ.

В пределах разрабатываемого шахтного поля развиты 4 калийных горизонта: первый, второй, третий, четвертый (счет от поверхности земли). Залегают они внутри мощных пачек каменной соли. Представляют собой пластовые залежи, пологопадающие в северо-восточном направлении под углом 1−3°, осложненные на площадях, примыкающих к тектоническим нарушениям и в зонах выклинивания калийных горизонтов. Из 4-х калийных горизонтов требованиям качеству отвечают 2-й горизонт и нижний сильвинитовый пласт 3-го калийного горизонта, которые и отрабатываются в настоящее время.

Второй калийный горизонт в пределах шахтного поля залегает на глубинах от 403 м до 533 м с погружением пласта в северо-восточном и северо-западном направлениях под углом 1−3°. На отдельных участках шахтного поля у тектонических нарушений угол падения пласта увеличивается до 5−8°. Общая площадь промышленных запасов на гор. -290 м по состоянию на 1.01.2010 года составляет 7568,4 тыс. м. Южная граница распространения имеет постседиментационную природу, а северная и западная — тектоническую.

Мощность горизонта колеблется от 2,46 до 3,08 м и в среднем составляет 2,86 м. Содержание KCL в пласте колеблется от 26,44% до 31,58% и в среднем составляет 29,61%. Содержание Н. О. от 6,22% до 16,60% и в среднем составляет 10,13%.

По своему строению горизонт чётко подразделяется на три слоя — верхний — сильвинитовый, средний — галитовый и нижний — сильвинитовый. Сильвинитовые слои представляют собой чередование сильвинитовых и галитовых прослойков, в которых встречаются небольшие прослойки глины. Средняя мощность верхнего и нижнего сильвинитовых слоев составляет соответственно 0,93 и 1,01 м, а содержание KCL соответственно 42,66% и 40,89%, Н.О. — 6,22% и 8,10%. Средний галитовый слой состоит из прослоев каменной соли, разделённых прослоями глины. В отдельных прослоях каменной соли отмечается вкрапленность сильвинита. Мощность среднего галитового слоя колеблется от 0,81 до 1,08 м и в среднем составляет 0,92 м. Содержание KCL по слою колеблется от 2,71% до 5,43% и в среднем составляет 3,95%.

Покрывающие горизонт породы представлены частым чередованием прослойков каменной соли мощностью от 1−2 см до 10−40 см и глины мощностью от долей мм до 10−25 см. В интервале до 0,8 м от кровли пласта залегают маломощные прослойки песчаниковидной соли.

Третий калийный горизонт в пределах шахтного поля залегает на глубинах от 493 м до 688 м с погружением пласта в северном и северо-восточном направлениях под углом 1−3°. На отдельных участках шахтного поля у тектонических нарушений угол падения увеличивается до 5−8 и более градусов. Мощность III горизонта колеблется в пределах 14,21 и 27,86 м. Общая площадь промышленных запасов на гор. -445 м по состоянию на 01.01.2010 г. составляет 24 645,8 тыс. м. На вскрытой части шахтного поля калийный горизонт имеет повсеместное распространение и подразделяется на три пачки: верхнюю — сильвинитовую (забалансовую), среднюю — глинисто-карналлитовую и нижнюю — сильвинитовую (промышленную).

Верхняя забалансовая пачка прослеживается на всей разведанной площади шахтного поля и сложена чередующимися прослоями сильвинита, сильвинито-карналлитовой породы и каменной соли с прослоями глины и мощностью до 5 см. Мощность верхней сильвинитовой пачки колеблется от 1,73 до 5,0 м.

Средняя глинисто-карналлитовая пачка сложена глиной с прослоями каменной соли, карналлита и сильвинита-карналлитовой породы. Мощность их колеблется от 6 до 10,7 м.

Нижняя сильвинитовая пачка представляет собой II продуктивный пласт, в разрезе которого выделяется шесть сильвинитовых слоев, разделённых слоями каменной соли. Промышленное значение имеют II, III и IV сильвинитовый слои. Средняя мощность промышленной пачки составляет 4,2 м, содержание KCL по слоям II—IV вв. среднем составляет 21,33%, содержание H.О. — 4,89%.

Таблица 1.5.1. Качественная характеристика полезного ископаемого

Физико-механические свойства руды оказывают влияние на производительность комбайна, его работоспособность. При этом наиболее важным являются следующие свойства:

· объёмная масса руды;

· абразивность;

· угол естественного откоса;

· фракционный состав;

· коэффициент внутреннего и внешнего трения.

Объёмная масса и абразивность руды типовая для месторождения, так как наличие в отбойной массе фракций менее 0,02 — 0,05 мм увеличивает потери сильвинита при его обогащении. Установлены ограничения — в процессе резания соли объём указанных фракций не должен превышать 1%.

Таблица 1.5.2. Физико-механические свойства руды

2. Запасы шахтного поля

2.1 Подсчет запасов

Подсчет балансовых запасов производим исходя из средней мощности калийных пластов, их площади и объемного веса руды.

Балансовые запасы II горизонта:

Q_бII = S•m•v

Где: S — площадь II горизонта, S = 48 522,9 тыс. м²;

m — средняя мощность пласта II горизонта, m = 2,86 м;

v — объемная масса руды II горизонта, v = 2,09.

Q_бII = 48 522 900•2,86•2,09 = 290 040 770 тонн.

Балансовые запасы III горизонта:

Q_бIII = S•m•v

Где: S — площадь III горизонта, S = 54 629,3 тыс. м²;

m — средняя мощность пласта III горизонта, m = 4,2 м;

v — объемная масса руды III горизонта, v = 2,11.

Q_бIII = 54 629 300•4,2•2,11 = 484 124 850 тонн.

Промышленные запасы П.И.:

Q_пр = Q_б•К_изв

Где: К_изв — коэффициент извлечения по системе разработки, из практических данных рудника для II горизонта К_изв = 0,58, для III горизонта К_изв = 0,44.

Промышленные запасы II и III горизонтов составляют:

Q_прII = 290 040 770•0.58 = 168 223 650 тонн;

Q_прIII = 484 124 850•0,44 = 213 014 930 тонн

Суммарные балансовые запасы руды по двум горизонтам составляют:

Q_б = Q_бII + Q_бIII

Q_б = 290 040 770 + 484 124 850 = 774 165 620 тонн

Суммарные промышленные запасы руды по двум горизонтам составляют:

Q_пр = Q_прII + Q_прIII

Qпр = 168 223 650 + 213 014 930 = 381 238 580 тонн

Балансовые и промышленные запасы по II и III горизонтам сводим в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

2.2 Режим работы рудника и обоснование его проектной мощности

Режим работы рудника непрерывный (7 дней в неделю) и слагается из четырех смен: три смены является добычными и одна ремонтно-подготовительная. Продолжительность смены составляет 6 часов.

Режим работы каждого горизонта — 6 дней в неделю по добыче руды и один общий выходной день для профилактических работ на подъеме.

Режим работы горных участков — 5 дней в неделю с двумя выходными днями, один общий по горизонту — суббота или воскресенье, второй — по скользящему графику.

Планируемое время работы горизонта рудника определяется следующим образом:

Т = t — t — t — t

Где: t — календарное число дней в году, t= 365;

t — число праздничных дней, t = 9;

t — число выходных дней, t = 52;

t — остановка рудника на ремонт, t = 4.

Т = 365 — 9 — 52 — 4 = 300 дней

Все изменения режима работы рудника в течении года уточняются в установленном порядке соответствующими документами.

Исходя из промышленных запасов и состоянием рынков сбыта принимаю производительность рудника 6000 тыс. т. сырых солей в год.

Срок службы горизонта:

Где: Q_пр — промышленные запасы рудника, млн. т.;

А — годовая мощность рудника, млн. т./год. А= 6 млн. т./год

Принимаем Т = 56 лет.

Полный срок службы шахты определяется с учетом времени на развитие и свертывание добычи. Время на развитие (освоение) необходимо в начальный период работы, когда шахта после сдачи в эксплуатацию постепенно осваивает проектную мощность. Свертывание добычи относится к последним годам работы, когда дорабатываются отдельные части шахтного поля, погашают ранее оставленные целики. В этот период шахта снижает добычу против установленной проектом. Срок освоения производственной мощности принимаю 4 года.

Время на свёртывание добычи примерно составляет? от продолжительности периода освоения.

Полный срок службы 3 горизонта с учётом периодов освоения и свёртывания добычи составляет:

Т = Т + 6

Т=29 + 6 = 35 лет.

3. Вскрытие и подготовка шахтного поля

3.1 Выбор способа вскрытия

Большая производственная мощность рудника (6 млн. т/год) и значительная глубина залегания говорит о целесообразности вскрытия месторождения вертикальными стволами с поверхности. Поскольку калийные пласты представляют горизонтальные залежи с большой площадью, а над месторождением с поверхности располагается Солигорское водохранилище, с расположенными по его берегам жилыми поселками и сельскохозяйственными угодьями, представляется возможным применить только центральный способ вскрытия сближенными стволами.

Для рассмотрения предлагаются два варианта вскрытия:

I вариант — вскрытие в центре двумя главными вертикальными стволами на полную глубину до II и III калийных пластов;

II вариант — вскрытие в центре двумя главными стволами до II калийного пласта с последующей углубкой до III калийного пласта 3 наклонными стволами под углом 11° по трем главным направлениям.

3.2. Главные выработки вскрытия

I вариант.

Для горизонта II калийного пласта (горизонта с отметкой 290 м). Вскрытие производится стволами № 1 (грузолюдской), № 3 (вентиляционный).

Горизонт III пласта вскрыт стволами № 2 (грузолюдской), № 3 (вентиляционный).

Стволы № 1, № 2 служат запасными выходами с соответствующих горизонтов. Вспомогательной выработкой вскрытия является клетьевой ствол № 3, который служит для спуска и подъема людей, доставки в рудник оборудования и материалов, а также является воздухоподающим стволом (рис. 3.1).

Рисунок 3.2.1. Вскрытие горизонта -445 двумя вертикальными стволами

II вариант.

Главные вскрывающие выработки:

— горизонт — 290 м — скиповой ствол № 1;

— горизонт — 445 м (комбинированный вариант) — скиповой ствол № 2 до горизонта 290 м и 3 конвейерных наклонных ствола до горизонта 445 м.

Вспомогательный ствол № 3 выполняет функции аналогичные I варианту.

Горизонтальные вскрывающие выработки: при обоих вариантах вскрытия подготовительные работы на горизонтах ведутся по 3 главным направлениям: Северное, Южное и Юго-Восточное. По каждому направлению предусматривается проведение пяти главных выработок, сечение 8,1 м:

— главные транспортные штреки № 1, № 2, служащие для транспортировки людей автотранспортом, доставки оборудования и материалов;

— главный конвейерный штрек, который предназначен для транспортирования руды к стволу;

— главные вентиляционные штреки № 1, № 2 отводят отработанную струю.

Рисунок 3.2.2. Вскрытие горизонта -445 вертикальными и наклонными конвейерными стволами

3.3 Экономическая оценка вариантов вскрытия

Капитальные затраты по сравниваемым вариантам вскрытия представлены в Табл. 3.1.

Таблица 3.3.1. Капитальные затраты по сравниваемым вариантам вскрытия.

Таблица 3.3.2. Выработки вскрытия

Из расчета капитальных затрат были исключены объемы и оборудование, имеющие одинаковую стоимость (ствол № 3, АБК, здания, машины и др.)

3.4 Определение эксплуатационных расходов

Таблица 3.4.1. Эксплуатационные расходы

3.5 Экономическая оценка вариантов вскрытия по приведенным затратам

Где: С_пр — приведенные затраты, тыс. руб./т;

K — капитальные затраты, руб.;

A — годовая производительная мощность рудника, т.;

Е_п — нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений (для калийной промышленности Е_п = 0,12).

Для первого варианта:

C_пр1 = (1481,04 + 0,12•1 636 283 070) / 600 000 = 32,73 тыс. руб./т;

Для второго варианта:

C_пр2 = (1450,94 + 0,12•1 721 977 755) / 600 000 = 34,44 тыс. руб./т;

Согласно расчетам разность затрат между I и II вариантами вскрытия составляет 5%. Так как разница между вариантами менее 10% (арифметическая погрешность составляет 5−10%), то предложенные варианты вскрытия являются равноценными. Предпочтение отдаем I варианту (вскрытие вертикальными стволами на глубину обоих горизонтов). Благодаря большей надежности, технологической ценности транспорта и подъема, меньших эксплуатационных расходов на подъем, данный вариант является более выгодным в техническом и эксплуатационном отношении.

4. Организация работ по руднику

Работа рудника планируется по графику пятидневной рабочей недели с двумя выходными днями.

Выходной день предоставляется:

а) технологическим сменам (звеньям) горных участков, ПВРСТ — по скользящему графику.

б) ремонтным технологическим звеньям горных участков ПВРСТ, ПЭММ, ПУВРКТ и других служб — через пять дней на шестой день недели. Выходные дни по горизонтам не совпадают. Разница между ними составляет два — три дня.

в) остальным трудящимся выходной день представляется в субботу и воскресенье.

Продолжительность технологических смен 6 часов. Добыча руды и ремонтно-подготовительные работы участка организуются следующим образом:

а) в три смены продолжительностью по 6 час. 00 мин. производится добыча руды,

б) четвертая смена — в течение 6 час. 00 мин. ведутся ремонтно-подготовительные работы.

Следовательно, в течение суток суммарное время добычи составляет 18 часов, ремонтно-подготовительных работ — 6 часов, т. е. 25% от общего баланса суточного рабочего времени.

Для ревизии подъемной машины и осмотра ствола ежесуточно отводится 6 часов на каждый ствол.

Для производства ремонтных работ, наладки ежемесячно отводится двое суток на каждый ствол. В эти дни добыча не производится.

С учетом праздничных дней, остановок фабрики и общего количества дней работы рудника в месяц, время работы рудника по добыче в 2008 году планируется в количестве 332 суток.

5. Подъем

Выбор типа подъемной установки и подъемных сосудов

Часовая производительность подъемной установки:

рудник стратиграфия тектоника месторождение

(5.1)

Где A_год — годовая добыча горизонта (6 млн. т.);

n=332 — число рабочих дней в году;

t=18 — число часов работы подъемной установки в сутки, ч;

С=1,5 — коэффициент резерва по подъему.

Определение высоты подъема

Отметка горизонта относительно уровня моря составляет -670 м. Мощность наносов в месте заложения стволов — 20 м. Таким образом, глубина ствола до загрузочной площадки H_ств = 690 м. Величина переподъема составляет 20 м.

Окончательно имеем высоту подъема скипов: H_п = 690 + 20 = 710 м.

Емкость и грузоподъемность скипов для руды:

(5.2)

Принимаем двухскиповый подъем с грузоподъемностью скипов по 24 т.

Объем скипа

(5.3)

где K_p = 1,3 — коэффициент разрыхления;

_р = 2,1 — объемный вес руды.

Принимаю скипы со следующими параметрами:

Ш объем скипа V=15м³;

Ш грузоподъемность скипа Q_c=24т;

Ш «мертвый» вес скипа Q_м=12,8 т;

Ш длина скипа h_ск=12 м;

Ш путь скипа в разгрузочной кривой h_п.р. = 4 м.

Длина отвеса каната:

H_o = H_п + H_к + H_петли — h_пр. пл. (5.4)

где H_п = 710 м — высота подъема;

H_петли = 0 м;

H_к = 30 м — высота копра;

h_пр. пл. = 20 м — высота приемной площадки.

H_o = 710 + 30 + 0 — 20 = 720 м

Вес 1 погонного метра каната

Для определения диаметра каната h, выбора его по стандарту в проектной практике используют косвенные параметры — вес 1 п.м. каната

(5.5)

где P_к — вес одного погонного метра каната, кг;

Q_м — «мертвый» вес скипа, т;

_в-временное сопротивление разрыву;

К_с — статический запас прочности каната (К_с = 6,5);

— коэффициент свивки (1,11,15).

Выбираем канат ГОСТ 7668–69 с параметрами:

d_к = 60 мм — диаметр каната;

P_к = 19,8 кг/п.м. — погонный вес каната;

P_z = 355 000 кг. — разрывное усилие всех проволок каната.

5.1.7. Проверка выбранного каната на статический запас прочности:

(5.6)

где P'_n = 19,8 кг — выбранный по стандарту погонный вес каната.

Выбранный канат удовлетворяет условию запаса прочности.

Диаметр барабана подъемной машины

D_б.м. = 79 d_к (5.7)

D_б.м. = 79 60 = 4740 мм

Принимаем больший (ближайший) по стандартному ряду: D_б.м. = 5000 мм.

Согласно полученным значениям выбираем подъемную машину типа БЦК8/5×1,7 (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Основные параметры машины БЦК 8/5×1,7

Максимальное статическое натяжения одной ветви каната

(5.8)

Максимальная разность статических натяжений грузовой и порожней ветви:

(5.9)

где k = 1.15 — коэффициент «вредности сопротивлений»;

F_Smax — максимальная разность статических напряжений.

Максимальное статическое натяжение одной ветви каната и максимальная разность статических натяжений предварительно выбранной подъемной машины удовлетворяют полученным результатам проверки.

Максимальная скорость подъема

Скорость определяется из условия обеспечения заданной производительности при данной высоте подъема. Кроме того, максимальная скорость движения должна быть выбрана такой, чтобы получить тахограмму, обеспечивающую максимально возможный КПД подземной установки.

Для определения ориентировочной максимальной скорости подъема необходимо определить:

— число подъемов в час:

(5.10)

где Q_c — грузоподъемность скипа: Q_c = 24 т,

Q_ч — часовая производительность подъема, т/ч.

— время цикла подъема:

— чистое время движения:

T = T₁ - (5.11)

где T₁ — время цикла подъема;

— пауза, время на погрузку-разгрузку (10 сек);

T = 171 — 10 = 161 сек

— средняя скорость подъема:

(5.12)

где v_ср — средняя скорость движения сосуда,

Ориентировочная максимальная скорость подъема

v_max = v_ср (5.13)

где = 1,25 — множитель скорости

v_max = 1,25 4,47 = 5,6 м/с

Ориентировочная мощность двигателя подъемной машины

Для определения действительной скорости, которая зависит от принятого к установке стандартного двигателя и подъемной машины необходимо выделить ориентировочную мощность двигателя подъемной машины.

(5.14)

где — коэффициент, учитывающий динамический режим работы подъемной установки;

k — коэффициент шахтных сопротивлений (для скипов k = 1.15);

_з — КПД зубчатой передачи. (_з принимаем равным 1, т. к. передачи нет)

Для выбора стандартного двигателя необходимо уточнить максимальную скорость движения сосудов, учитывая стандартные числа оборотов двигателей необходимой мощности.

(5.15)

Где v_max — действительная максимальная скорость;

n_дв — число оборотов в минуту выбранного двигателя;

i — передаточное число установочного редуктора. (i = 1, т. к. редуктора нет).

По расчетной мощности и необходимой максимальной скорости установленной подъемной машины выбираем электродвигатель ПБК — 380 / 70 (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Техническая характеристика электродвигателя ПБК — 380/70

Максимальная скорость движения скипов равна 14,2 м/с. Ускорение, углы поворота и пути, проходимые в отдельные периоды движения приняты проектные для подъемных машин типа БЦК.

Ускорение движения скипа при выходе порожнего из разгрузочных кривых:

(5.16)

a₁ = 0,4 м/с²; S₁₋₂ = 4 м

Ускорение движения скипа при наматывании каната на малый цилиндр:

a₂ = 0,43 м/с²; S₂₋₃ = 82 м

Равномерное движение скипа при наматывании каната на малый цилиндр:

S₃₋₄ = 82 м; t₃₋₄ = S /v = 82/8,9 = 9,2 с

Ускорение скипа при наматывании каната на коническую часть:

a4 = 0,43 м/с²; S₄₋₅ = 36 м; v₅₋₆ =v_max=14,2 м/с

Время равномерного движения скипа при навивке каната на большой цилиндр:

v_max=14,2 м/с; S₅₋₆ = 389 м

Время замедления движения скипа при навивке каната на большой барабан:

a₃ = 0,88 м/с²; S₆₋₇ = 117 м

Время движения скипа в разгрузочных кривых:

a₅ = 0,4 м/с²; S₇₋₈ = 4 м;

Проверка времени подъема без учета паузы:

T = t ₁₋₂ + t ₂₋₃ + t ₃₋₄ + t ₄₋₅ + t ₅₋₆ + t ₆₋₇ + t ₇₋₈ (5.17)

T = 4,5 + 19,1 + 9,2 + 12,3 + 27,4 + 16,3 + 4,5 = 93,3 с

Для обеспечения заданной часовой производительности горизонта необходимо T = 171c. Следовательно, у подъемной установки имеется почти двойной запас по времени, что существенно при дальнейшем росте суточной добычи горизонта.

H_n = S ₁₋₂ + S ₂₋₃ + S ₃₋₄ + S ₄₋₅ + S ₅₋₆ + S ₆₋₇ + S ₇₋₈ (5.18)

H_n = 4 + 82 + 82 + 36 +389 + 117 + 4 = 714 м

Рисунок 5.1 Тахограмма скоростей

Уточненный расчет мощности двигателя.

Более точный расчет мощности электродвигателя производится по средневзвешенному усилию. Для определения последнего необходимо знать закон изменения усилий, приложенных к двигателю, который зависит от изменения статических сопротивлений и закона движения сосудов.

Статические сопротивления.

(5.19)

Определение статических сопротивлений и расчеты по определению мощности электродвигателя следует производить исходя из наиболее тяжелой ситуации.

Статические сопротивления для подъема скипа для конечного значения рассчитываем по формуле:

(5.20)

Промежуточные значения:

Приведенная масса:

Сумма приведенных масс подъемной установки:

(5.21)

гдесумма приведенных весов движущихся частей подъемной установки.

где — приведенный вес подъемной машины, т;

— приведенный вес ротора эл. двигателя;

G_ш — приведенный вес копровых шкивов;

P_k — вес куска головного каната;

P_x — вес хвостового каната (P_x = 0)

(5.22)

где — маховый момент ротора.

5.3.3 Движущие усилия для характерных точек диаграммы скоростей:

(5.23)

(5.24)

Мощность двигателя:

(5.25)

где F_эф — эффективное усилие;

F_qbi — движущее усилие в характерных точках;

T_i — продолжительность периода;

T_эф — эффективное время, зависящее от интенсивности охлаждения электродвигателя.

Мощность электродвигателя.

Выбранный ранее электродвигатель удовлетворяет требуемым условиям.

При этом КПД установки: = _{эл вдв}

_ав = 0,94; _з = 0,95; _эл = 1 / k = 1 / 1,15 = 0,81

h=0,81 0,94 0,95 =0,72

6. Капитальные и подготовительные выработки

6.1 Сечение и крепь вскрывающих горных выработок

Третий калийный горизонт вскрыт двумя вертикальными стволами. Стволы оборудованы: грузовой ствол — двухскиповым подъемом (грузоподъемность скипа 24т), клетьевой ствол — двухклетьевым подъемом.

Сечение грузового ствола S=38,47 м², Ж=7 м. Приняв толщину крепи 250 мм, находим сечение ствола в проходке:

(6.1)

Клетьевой ствол пройден диаметром 7 м, закреплен тюбинговой крепью S=250мм².

Выработки главных направлений имеют сечение 8,1 м, крепление производится только на сопряжениях штанговой крепью.

6.2 Подсчет объемов и стоимости горных выработок к сдаче горизонта в эксплуатацию

Затраты на проведение выработок:

K = L_общ Ч R, (6.2)

где L_общ — общая длина выработки, м;

R — стоимость проведения одного метра.

Данные о стоимости проведения выработок берем в разделе «Вскрытие» и разделе «Проект проходки». Объем и стоимость горных выработок, проведенных к освоению горизонта проектной мощности приведен в табл. 6.1.

Таблица 6.1. Объем и стоимость горных выработок, проведенных к освоению горизонта проектной мощности

7. Проект проходки

7.1 Подготовительно-нарезные работы

На 2РУ используется панельный способ подготовки. Подготовка панели начинается с проходки комплекса выработок — засечки панели, после чего проходятся панельные выработки и выработки лавы. С главного транспортного штрека производится проходка вентиляционного штрека лавы, а из выработок панели — заезд на вентиляционный штрек лавы. Общая последовательность подготовки панели следующая: проходка выработок со стороны конвейерного штрека лавы, технологических сбоек, комплекса монтажных выработок, вентиляционного штрека лавы (допускается совместно с проходкой панельных выработок), разгружающий и транспортный штреки лавы. Последние выработки проходятся по безотгонной схеме в обратном (прямом) порядке. При безотгонной схеме комбайн ПК-8МА осуществляет проходку в одном направлении, без отгона комбайна из проходимой выработки. При этом откатка руды на панельный конвейерный штрек осуществляется самоходным вагоном через пересекаемые при проходке технологические сбойки.

Технологические сбойки проходятся через каждые 160−200 м, из панельного конвейерного штрека проходятся диагональные сбойки на панельный вентиляционный штрек. Через интервалы 80 м разделываются конвейерные сбойки между панельным конвейерным и панельным транспортным (конвейерным штреком лавы) штреками. Через каждые 300−400 м разделываются камеры разворота для автомашины «Минка-26».

После проведения панельных выработок разделывается комплекс монтажных выработок и начинается проходка транспортного штрека лавы.

7.2 Выбор средств механизации работ по проходке выработок

Для проведения подготовительных выработок применяем проходческий комплекс ПК-8, включающий комбайн ПК-8МА, бункер перегружатель БП-14 и самоходный вагон 5ВС-15М.

Сечение, проводимое комплексом, составляет 8,1 м² (ширина и высота выработки -3 м), что полностью удовлетворяет требованиям ЕПБ с точки зрения зазоров для работы самоходного и конвейерного оборудования.

Комбайн ПК-8МА состоит из бурового уравновешенного исполнительного органа, отбойного устройства, бермового органа, конвейера, ходовой части, гидрои электросистемы. Комбайн предназначен для отбойки руды и перегрузки ее в самоходный вагон.

Таблица 7.1. Техническая характеристика механизированного комплекса ПК-8МА

Бункер перегружатель БП-14 предназначен для аккумуляции руды и перегрузки ее в самоходный вагон.

Таблица 7.2. Техническая характеристика бункера-перегружателя БП-14

Самоходный вагон 5ВС-15М служит для доставки руды к перегружателю на ленточный конвейер.

Таблица 7.3. Техническая характеристика самоходного вагона 5ВС-15М

7.3 Организация проходки выработок

Проектом предусматривается одновременное проведение выработок ходами в 100 м одним комплексом ПК-8. Для перехода комплекса из одной подготовительной выработки в другую, проходят сбойки через 100 м. На время проходческих работ по одной выработке подается свежая вентиляционная струя, по другой — отработанная. Проветривание тупикового участка осуществляется ВМП.

Проходка выработки начинается с зарубки комбайна на расстояние 21 м, обеспечивающее подготовку бункера-перегружателя за комбайном. Оптимальная длина доставки самоходным вагоном не превышает 500 м. Это означает, что по мере подвигания забоя в панельном конвейерном штреке наращивается ленточный конвейер. Возможность безостановочного процесса работы комбайна ограничивается условиями проветривания тупикового забоя. Поэтому через каждые 10 погонных метров выработки производится наращивание става вентиляционных труб, так чтобы отставание от груди забоя не превышало 20 м.