Разработка нового проекта отработки Третьего горизонта Старобинского месторождения на базе современных инновационных технологий

Старобинское месторождение калийных солей расположено в пределах солигорского, любанского и слуцкого районов минской области республики беларусь. открыто месторождение в 1949 году белорусcким 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 5-и шахтных полях.

Добыча минеральных солей и продуктов их переработки непрерывно возрастает как на мировом уровне в целом, так и в отдельных станах. одной из важнейших задач сегодня и в перспективе на будущее является необходимость развития производства и полного обеспечения потребности народного хозяйства в минеральных удобрениях.

Более 95% всех калийных солей добывается шахтным способом на двух месторождениях: старобинском и верхнекамском.

Жёсткая конкуренция на рынках сбыта заставляет искать новые организационные подходы к проблеме реализации продукции. Созданная калийными предприятиями беларуси и россии белорусская 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.

Постоянно наращиваются объемы выпуска пользующейся спросом вновь освоенной на предприятиях объединения продукции: обеспыленых мелкозернистых калийных удобрений, пищевой и кормовой соли, полностью удовлетворяется потребность населения в высококачественных удобрениях, выпускаемых в расфасованном виде. одним ив важнейших условий увеличения добычи руды является эффективное использование оборудования.

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 из недр и др.

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

1.1 Обоснование вскрытия и отработки запасов калийных солей Третьего калийного горизонта рудника 1РУ

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

Белорусское республиканское унитарное предприятие ОАО «Беларуськалий» является экспорно-ориентированным объединением с высокой валютной выручкой в Республике Беларусь и поэтому обеспечение его надежной сырьевой базой — один из главных факторов стабильного производства калийных удобрений в соответствии с потребностями минерального мирового рынка. Для выполнения поставленной цели необходимо постоянное пополнение сырьевой базы за счет освоения новых перспективных площадей Старобинского месторождения и вовлечением в отработку Первого и Четвертого калийных горизонтов.

1.2 Обоснование способа вскрытия 3 горизонта

Вскрытие шахтного поля рудника 1РУ предусматривается осуществить 3-мя вертикальными стволами диаметром 7,0 м, расположенными в центральной его части.

Достоинства данного варианта:

компактное расположение поверхностного комплекса сооружений;

легкость соединения главных и вентиляционного стволов, что позволяет быстрее развернуть очистные работы;

оставление одного охранного целика.

Недостатки данного варианта:

удлиняется путь вентиляционной струи;

возможны утечки воздуха;

большие потери в охранном целике под поверхностный комплекс сооружений;

сложные условия выхода людей на поверхность при авариях.

1.3 Обоснование системы разработки

В условиях Старобинского месторождения применяются камерная, столбовая и комбинированная система разработки. Для получения более высокого содержания КСl и для более полного извлечения запасов из недр принимаем столбовую систему разработки. В зависимости от конкретных горно-геологических и горно-технических условий могут применяться различные варианты столбовой системы разработки с валовой и селективной выемкой пласта, с разделением и без разделения его на слои.

1.4 Обоснование выбора оборудования

Для нарезки панелей применяем следующие комплексы: проходческий комплекс с комбайном ПК-8. Сечение выработки, получаемое этим комбайном, имеет устойчивую арочную форму. Проходческий комплекс состоит из комбайна ПК-8, самоходного вагона 5ВС-15М, бункера-перегружателя БП-14М, скребкового конвейера СП-202. Для выемки IV сильвинитового слоя применяем 2 гидромеханизированных валовых комплекса, включающий комбайн ЕВ-200/230ЛН, крепь лавы «Фазос-16/24», крепь сопряжения «Фазос-15/31», забойный конвейер EKF-3E72V, а для выемки слоёв 2,2−3,3 применяем гидромеханизированный валовый комплекс, включающий очистной комбайн SL-300,крепь лавы «Фазос-09/15», крепь сопряжения «Фазос-23/33», забойный конвейер EKF-3E 74V.

1.5 Обоснование системы транспорта по доставке руды

Для транспортировки руды по панельным выработкам принимаем ленточные конвейеры КЛ-600, а на главном конвейерном штреке принимаем ленточные конвейеры 2ЛУ-120.

1.6 Описание вида деятельности

Добываемое полезное ископаемое — сильвинитовая руда.

Данное предприятие своим производством призвано удовлетворить потребности сельского хозяйства в калийных удобрениях, а так же для поставок калийных удобрений в страны ближнего Востока и средней Азии. Данная продукция обладает высоким содержанием полезного компонента и низким содержанием нерастворимого остатка, что позволяет предпочесть нашу продукцию продукции конкурентов.

1.7 Оценка рынка сбыта

Общие запасы солей в мире оцениваются примерно в 40 млрд. тонн, подтвержденные — в 11,7 млрд. тонн. Основными странами, владеющими как общими, так и подтвержденными запасами, являются Россия, Канада, Белоруссия, Германия. Значительными общими запасами располагают Израиль и Иордания. Среди стран, не добывающих калийные соли, наибольшими общими и подтвержденными запасами обладает Туркменистан. Континентами с дефицитом запасов калийных солей являются Африка и Австралия.

Запасы калийных солей приводятся в таблице 1.7.1.

Около 90% промышленных запасов калийсодержащего сырья находится в осадочных залежах, образовавшихся при испарении морской воды. Вторым значительным промышленным источником калийсодержащего сырья, составляющего около 10% от общих запасов, являются природные концентрированные рассолы.

Основной объем добычи калийсодержащего сырья (около 87%) дают обычные рудники, около 4% извлекается путем подземного выщелачивания твердых калийных солей из залежей и около 9% извлекается из природных рассолов (Мертвое море в Израиле и Иордании, озера в США, Чили и Китае) Таблица 1.1 — Таблица мировых минерально-сырьевых ресурсов калийных солей млн. тонн К2О

2. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Общая характеристика месторождения и шахты

Шахтное поле 1РУ расположено в юго-западной части Старобинского месторождения калийных солей. На западе, севере и востоке граничит с шахтными полями 2, 3 и 4 РУ. На юге граница шахтного поля совпадает с границей распространения Третьего калийного горизонта.

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 на ЮЗ расположен г. п. Старобин, в 40 км к востоку — районный центр г. Любань, в 35 км на север — г. Слуцк. Со всеми вышеназванными населенными пунктами г. Солигорск связан асфальтированными шоссе. Территория месторождения покрыта густой сетью грунтовых дорог.

В центральной части месторождения расположена железнодорожная станция «Калий» Белорусской железной дороги, которая связана со станцией «Слуцк». Через последнюю проходит железная дорога, соединяющая два крупных железнодорожных узла: «Барановичи» (находится на магистральном пути Москва — Брест) и «Осиповичи» (находится на магистральном пути Вильнюс — Киев).

В г. Солигорске, помимо объектов горно-химической индустрии, расположенных на 4-х промплощадках рудоуправлений ОАО «Беларуськалий», имеются: завод железобетонных конструкций, ТЭС, 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.

На площади залегания калийных солей имеются месторождения строительных материалов (песчано-гравийный материал, строительные пески и др.), часть которых в настоящее время разрабатывается.

Район месторождения густо населен.

В геоморфологическом отношении месторождение лежит в пределах северного окончания Припятской впадины Полесья. Рельеф района месторождения равнинный. Лишь в северной части его встречаются холмообразные возвышенности конечно-моренных гряд. Абсолютные отметки поверхности изменяются от 137,9 до 173,2 м.

Климат района умеренно-континентальный. Характеризуется нежаркими продолжительными летними периодами и малоснежными с умеренными температурами зимами. Средняя температура самого холодного зимнего месяца января — -6 град. по Цельсию. Продолжительность зимнего периода 5 месяцев. Снежный покров держится до 3-х месяцев. Высота снежного покрова в среднем 18 — 20 см. Глубина промерзания почвы 0,2 — 0,6 м.

Лето характеризуется умеренной температурой, обильными осадками. Среднемесячная температура самого теплого месяца июля — +18 град. по Цельсию. Среднегодовое количество осадков 506 — 680 мм.

На площади месторождения широко развита гидросеть, состоящая из мелких ручьев и мелиоративных каналов. Наиболее крупные из рек — р.р. Случь и Морочь.

На р. Случь в районе г. Солигорска создано крупное водохранилище, служащее источником технического водоснабжения предприятий города.

2.2 Горно-геологическая характеристика Старобинского месторождения

Шахтное поле 1 РУ расположено в юго-западной части Старобинского месторождения калийных солей. На западе, севере, и востоке граничит с шахтными полями 2, 3 и 4 РУ. На юге граница шахтного поля совпадает с границей распространения Третьего калийного горизонта.

Стратиграфия и литология В геологическом строении шахтного поля принимают участие сложнодислоцированные комплексы кристаллического фундамента и осадочный чехол. Кристаллический фундамент архейско-нижнепротерозойского возраста залегает на глубине 1600−2400 м. Породы представлены гранитами, гранодиоритами и гнейсами. Осадочный чехол залегает на поверхности кристаллического фундамента с угловым и стратиграфическим несогласием. В составе чехла выделяются отложения верхнего протерозоя, палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Верхний протерозой представлен вендским и рифейским комплексами, в составе которых преобладают песчаники, глины и тиллиты. Мощность отложений верхнего протерозоя составляет 350−400 м. В составе палеозойской группы выделяют средний и верхний девон. Отложения среднего девона представлены образованиями наровского горизонта эйфельского яруса и старооскольского горизонта живетского яруса. Наровский горизонт слагают глинисто-карбонатные породы мощностью 55−96 м, а старооскольский — песчаные и глинистые породы, изредка с прослоями доломитов в подошве, мощностью 129−170 м. В составе верхнего девона выделяются отложения франского и фаменского яруса.

Для отложений франского яруса характерен глинисто-карбонатный тип разреза мощностью до 230 м. В верхней части яруса распространены сульфатно-карбонатные породы (гипсы, ангидриты, доломиты) относящиеся к нижней соленосной толще. По литологическим особенностям и положению в разрезе отложения фаменского яруса подразделяются на три толщи: межсолевую, верхнюю соленосную, надсолевую. Межсолевая толща представляет собой мощную (до 185 м) глинисто-карбонатную пачку.

Верхняя соленосная толща, мощностью до 1500 м, по особенностям литологического состава слагающих её пород подразделяется на нижнюю — галитовую и верхнюю — глинистогалитовую или калиеносную подтолщи. Галитовая подтолща представлена найдовскими слоями оресского горизонта, сложенными светло-серой или белой каменной солью с маломощными несолевыми прослоями преимущественно сульфатно-карбонатного состава. На отложениях галитовой подтолщи залегает калиеносная подтолща. Подтолща представляет собой мощную (до 600 м), пространственно протяженную пластовую залежь, выклинивающуюся на юге и юго-западе. Строение подтолщи характеризуется чередованием пачек соляных и несоляных пород. К соляным пачкам приурочены калийные горизонты. На шахтном поле в составе подтолщи известны четыре калийных горизонта, из которых в настоящее время эксплуатируется второй и третий. Надсолевая глинисто-мергелистая толща (ГМТ) залегает без перерыва на соленосных отложениях. Контакт с нижележащей толщей обусловлен процессами древнего подземного выщелачивания. По литологическому составу ГМТ разделяется на две подтолщи: нижнюю — гипсоносную и верхнюю — глинисто-мергелистую. Мощность ГМТ колеблется в пределах 230 — 320 м и зависит от структурного положения участка. В центральной части шахтного поля она, как правило, минимальна, а на флангах, вблизи контура выклинивания — максимальна. В составе мезозойской группы выделяются юрские и меловые отложения. Юрские отложения распространены спорадически и представлены чередованием серых слюдистых и песчанистых глин с прослоями и линзами песков, обогащенных растительными остатками. Отложения меловой системы развиты повсеместно и представлены преимущественно писчим мелом. В составе кайнозойской группы выделяются отложения палеогеновой, неогеновой и четвертичной системы. Представлены песчано-глинистыми породами мощностью 50 — 80 м.

Тектоника Старобинское месторождение калийных солей приурочено к северно-западной центриклинальной части Припятского прогиба в пределах Червонослободской тектонической ступени. Особенности геологического строения этой территории обусловлены наличием и развитием обрамляющих ее региональных разломов. Кристаллический фундамент на площади месторождения разбит на ряд блоков, наклоненных на северо-восток и ступенчато погружающихся в восточном направлении. 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 1 РУ расположено в пределах Центрального тектонического блока, отделённого от Восточного блока Центральным тектоническим нарушением. Центральное тектоническое нарушение имеет субмеридиональное простирание и является нормальным сбросом, плоскость сместителя которого наклонена на юго-восток. Угол падения сместителя составляет не менее 60 градусов. Установленная амплитуда разлома на уровне 3 калийного гоизонта составляет 80−100 м. Вверх по разрезу амплитуда разлома уменьшается и на уровне 2 калийного горизонта составляет 65 м. Общая ширина нарушенной зоны составляет 30−35 м и сложена блоками пород с соляными брекчиями на их контактах. В лежачем боку образуются надразломные антиклинали, а в висячем — приразломные синклинали. Вдоль тектонического нарушения развиваются зоны замещений сильвинитов каменной солью. На юге шахтного поля геофизическими исследованиями выявлены тектонические нарушения субширотного простирания, которые группируются в тектоническую зону. Расположена она в основном за пределами площади распространения калийных горизонтов. Возможно она контролирует распространение соленосных отложений. В пределах шахтного поля имеет место несоответсвие структурных планов поверхности соленосной толщи и калийных горизонтов. С приближением к границам выклинивания глубина залегания соляного зеркала увеличивается, а калийных горизонтов уменьшается. Поверхность соленосной толщи образует инверсионную структуру, формирование которой связано с процессами древнего подземного выщелачивания, активно протекавшего в краевых частях распространения соленосных отложений и в зонах разрывных нарушений. При ведении горных работ, в подземных выработках, встречено большое количество трещин тектонического генезиса, секущих калийные горизонты. Трещины преимущественно вертикальные, смещение пород по ним отсутствует. Исследованиями установлено две системы таких трещин, согласующихся по простиранию с региональными разломами, обрамляющими месторождение.

Гидрогеология Старобинское месторождение расположено в краевой северо-западной части Припятского артезианского бассейна. В пределах месторождения различают: · надсолевый водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях;

· подсолевый водоносный комплекс в породах девона и верхнего протерозоя.

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 ГМТ. Воды его преимущественно пресные, используются для хозяйственного и питьевого водоснабжения. Подсолевый водоносный комплекс общей мощностью около 1000 м приурочен к карбонатным породам фаменского и франского ярусов верхнего девона, к терригенным породам среднего девона и верхнего протерозоя, разделенных относительно водоупорными породами ливенского, пашийско-кыновского и пярнуско-наровского горизонтов. Водовмещающие карбонатные породы верхнего девона характеризуются 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 полную 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 крепкими рассолами. Гидрогеологические условия Старобинского месторождения оказались благоприятными для закачки избыточных рассолов обогатительных фабрик ПО" Беларуськалий" в водоносный горизонт песчаников пинской свиты верхнего протерозоя.

Рассолопроявления По своему происхождению рассолы, появляющиеся при ведении горных работ на калийных горизонтах, делятся на постседиментационные и конденсационные. Постседиментационные рассолы характеризуются высокой степенью минерализации (430−520 г/л) и содержанием в солевом составе 6−12 г/л NaBr. Они приурочены к 26 глинисто-карбонатной пачке, расположенной выше Второго калийного горизонта. При ведении очистных работ на горизонте зона трещиноватости достигает пород глинисто-карбонатной пачки. По образовавшимся трещинам, рассолы попадают в отработанное пространство и стекают в направлении падения горизонта (северо-восток). Небольшие скопления рассолов обнаружены в глинисто-карбонатной пачке разделяющей Второй и Третий пласт каменной соли. Конденсационные рассолы отличаются сезонным изменением объемов и характеризуются средней степенью минерализации (360−390 г/л) и содержанием в солевом составе 0,5−13 г/л NaBr. Наибольший объем конденсационных рассолов приходится на теплый период года. Рассолы скапливаются в выработках околоствольных дворов и прилегающих к ним панелях. Особенностью гидрогеологических условий краевых частей месторождения является наличие в нижней части разреза ГМТ южнее контура выклинивания Третьего калийного горизонта обводненных песчаников, сформировавшихся в процессе выщелачивания соленосных песчаников, залегающих между Третьим и Четвертым калийными горизонтами. Обводненные песчаники залегают на расстоянии 130−210 м от контура выклинивания Третьего калийного горизонта.

2.3 Качественная характеристика 3 калийного горизонта

Является основным промышленным горизонтом Старобинского месторождения и приурочен к 13 соляной пачке. Абсолютные отметки подошвы пласта составляют в южной части -201м, в северо-восточном направлении пласт погружается до абсолютных отметок -540м. Мощность третьего горизонта находится в прямой зависимости от структурного плана залежи: в центре она достигает 16−19 м, на южной периферии шахтного поля, где калийный горизонт выходит к поверхности соленосной толщи и срезается зеркалом подземного выщелачивания, мощность сокращается до 0,5 м.

Горизонт имеет трехслойное строение и подразделяется на три пачки (сверху вниз): верхнюю сильвинитовую; среднюю глинисто-карналлитовую; нижнюю сильвинитовую (промышленную).

Верхняя сильвинитовая пачка представляет собой горизонтальное переслаивание сильвинита, а иногда сильвинито-карналлитовой породы и каменной соли. Мощность сильвинитовых прослоев колеблется от 0,15 м до 0,30 м, прослои каменной соли имеют мощность от 0,10 м до 0,60 м.Общая мощность верхней сильвинитовой пачки изменяется от 1,20 м до 3,78 м. Среднее содержание KCl — 15,37%, Н.О. — 4,17%. Запасы верхней сильвинитовой пачки отнесены к забалансовым из-за низкого содержания полезного компонента в пласте. Средняя глинисто-карналлитовая пачка состоит из чередующихся прослоев глины, карналлитовых, сильвинито-карналлитовых пород и каменной соли. Прослои глины и карналлитовой породы сосредоточены, главным образом, в средней части пачки. Мощность прослоев глины колеблется от 1−2см до 35 см, карналлита — от нескольких сантиметров до 0,65 м. В южной части шахтного поля карналлитовая минерализация исчезает, разрез пачки становится глинисто-галитовым.

Общая мощность средней глинисто-карналлитовой пачки изменяется от 4,96 м до 10,08 м. Среднее содержание KCl — 9,35%, Н.О. — 14,90%. Содержание MgCl2 в пачке достигает 15,23%.

Нижняя сильвинитовая пачка Третьего калийного горизонта является основным рабочим пластом. Мощность этой пачки на основной площади шахтного поля колеблется от 2,0 м до 9,05 м. Среднее содержание KCl — 19,36%, Н.О. — 8,74%.

В разрезе нижней сильвинитовой пачки, состоящей из чередующихся прослоев сильвинита и каменной соли, выделено 6 сильвинитовых слоев (1−6 снизу вверх). Мощность сильвинитовых слоев изменяется от 0,18 м до 1,28 м, разделяющей их каменной соли — от 0,51 м до 1,35 м. На балансе предприятия стоят запасы по слоям 2, 2−3, 3, 3−4, 4. Слои 1, 5, 6 не соответствую требованиям кондиций, так как имеют малую мощность (0,18?0,36м).

Второй сильвинитовый слой распространен повсеместно. Его мощность на основной части шахтного поля увеличивается с северо-востока на юго-запад от 0,63 до 0,67 м при этом содержание KCl в слое снижается в указанном направлении с 51,96% до 42,15%. В южной краевой зоне месторождения второй сильвинитовый слой является единственным продуктивным пластом.

Третий сильвинитовый слой распространен повсеместно. Его мощность на основной части шахтного поля уменьшается с северо-востока на юго-запад от 0,84 до 0,60 м при этом содержание KCl в слое также снижается в указанном направлении с 39,79% до 18,45%. В южной краевой зоне месторождения третий сильвинитовый слой существенно снижает свою мощность и содержание и становится некондиционным.

Четвертый сильвинитовый слой распространен на основной части шахтного поля. Его мощность (0,96−1,28м) и содержание KCl (26,51−36,60%) также уменьшается в направлении с северо-востока на юго-запад. В южной краевой зоне месторождения четвертый сильвинитовый слой испытывает выклинивание, обусловленное процессами подземного выщелачивания.

Подстилающие горизонт породы представлены каменной солью мощностью около 6 метров, содержащей редкие глинистые прослои. Ниже залегают породы 12 глинисто-карбонатной пачки.

3. ГОРНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Определение годовой производительности рудника

Режим работы рудника принимается в соответствии с действующим на предприятии — по графику пятидневной рабочей недели с двумя выходными днями по скользящему графику.

Число рабочих смен в сутки — 3.

Число ремонтно-подготовительных смен в сутки — 1.

Продолжительность смены — 6 часов.

Число рабочих дней в году — 320.

Определим срок службы III калийного горизонта при планируемой проектной мощности рудника сроком на 55 лет.

Годовая производительность рудника:

лет [2 (c. 5)]

где: — прогнозные ресурсы горизонта,

= S*m*с=174 552*4.5*2.11=785 484 тыс. т;

Sплощадь горизонта, м2, mмощность пласта, м, сплотность породы, кг/м3,

A — годовая производительность горизонта, П — общерудничные потери в целиках, П = 22 512 тыс. т

Pразубоживание; из опыта разработки Старобинского месторождения для аналогичных условий принимается равным 0,1;

— коэффициент извлечения запасов,

= 0,55

тыс.т Режим работы рудника принимаем согласно «Норм технологического проектирования предприятий калийной и соляной промышленности» и в соответствии с заданием на разработку обоснования инвестиций в строительство объекта:

— число рабочих дней в году — 320;

— число рабочих смен в сутки — 4, из них три добычные и одна ремонтная;

— продолжительность рабочей смены на подземных работах — 6 часов.

3.2 Вскрытие шахтного поля

Шахтное поле рудника Первого РУ вскрываем 2 вертикальными стволами по центральной схеме. Диаметр стволов в свету — 7,0 м СТВОЛ № 1 — скиповой, проходится до Третьего калийного горизонта, служит для выдачи калийной руды, спуска-подъёма людей и подачи воздуха на Третий горизонт. Скиповой ствол оборудован двумя скиповыми многоканатными подъемными установками типа ЦШ 5Ч8 и МК 5Ч4 со скипами СМ — 19 и СМ — 35.

СТВОЛ № 2 — клетевой, проходится до Третьего калийного горизонта, служит для спуска-подъёма людей и грузов и используется для выдачи отработанного воздуха с действующих горизонтов рудника. Ствол оборудован двумя клетевыми подъёмами (2НОВ-400). В стволе имеется лестничное отделение.

3.3 Горно-капитальные работы

Общее положение К горно-капитальным выработкам относятся: шахтные стволы, служебные камеры околоствольного двора и магистральные выработки (главные направления).

Проходка шахтных стволов.

Нередко стволы приходиться сооружать в водоносных, плывучих породах. При строительстве шахтных стволов проходку верхней, интенсивно обводненной части разреза, до глубины около 350 м следует вести под защитой замороженных пород. Ниже стволы могут проходиться обычным способом, ожидаемые при этом притоки вод весьма незначительны и не являются препятствием при сооружении стволов.

Одним из распространенных способов является способ замораживания, применяемый при строительстве стволов на Старобинском месторождении калийных солей.

Искусственное замораживание горных пород основано на замерзании воды или рассолов, содержащихся в породах или трещинах, при отрицательных температурах.

Способ искусственного замораживания состоит в следующем. Вокруг намеченного к проходке ствола бурят скважины на всю глубину пород, подлежащих замораживанию, с заглублением в водоупорные породы на 3−5 м и более, и в них опускают замораживающие колонки, по которым непрерывно циркулирует хладоноситель, охлажденный на поверхности в испарителе замораживающей станции. Тепло от горных пород переходит к хладоносителю за счет разности температур, а породы, замораживаясь вокруг колонок, образуют ледопородные цилиндры, которые затем смыкаются в кольцевое ледопородное ограждение, противостоящее горному давлению и гидрастатическому напору воды. При обычном режиме температура хладоносителяподдерживают на уровне минус 20−25 С. Ледопородное ограждение поддерживают в замороженном состоянии до тех пор, пока не будет закончено проведение ствола. После этого производят оттаивание замороженных пород естественным или искусственным способом.

При проходке верхней части ствола способом замораживания, а нижней части ствола обычным способом горнопроходческое оборудование принимают таким, чтобы обеспечить проходку с заданной скоростью всего ствола, а именно: проходческие копры, подъемные машины, проходческие лебедки, подвесные полки, проходческие бадьи, направляющие рамы, натяжные рамы, прицепные устройства, вентиляторы, калориферы, трубопроводы, кабели, насосы, спасательные лестницы.

Горнопроходческие подъемные машины стараются расположить таким образом, чтобы обеспечить по окончании проходки ствола возможность его армирования без дополнительных монтажных работ. Все оборудование в стволе и копре должно быть во взрывобезопасном состоянии. Обычно применяют сборно-разборные шатровые копры. Для проходческих подъемов предусматриваются подъемные машины типов БМ-2000,БМ-3000,Ц-3.5*2, 2Ц-3.5*1.7. Канатные направляющие должны иметь натяжение 1−1.2 Т на каждые 100 м длины каната. Для натяжных направляющих применяются двухбарабанные лебедки 2ЛП-5, 2ЛПМ-10. Выдача породы осуществляется в самоопрокидывающихся проходческих бадьях БПС емкостью 0.75 до 3 м³ Для спуска и выдачи материалов применяют бадьи БП, отличающихся от бадей БПС отсутствием оборудования для опрокидывания бадьи при разгрузке. Бадья БП при разгрузке породы опрокидываются с помощью корзин, реже подвесного крюка, который цепляется за кольца на днище бадьи. Для подъемов применят стальные канаты диаметром 20,25 и 30 мм. Верхние концы направляющих канатов крепят к барабанам лебедок, нижниек натяжной раме. Транспортирование породы на поверхности осуществляется в автосамосвалах, режепо подвесной канатной дороге.

Способ проходки шахтных стволов с предварительным замораживанием горных пород включает в себя: бурение замораживающих и контрольных скважин; монтаж замораживающихся колонок, замораживающей станции и рассольных сетей, контрольно-измерительной аппаратуры на станции и в контрольных скважинах; образование ледопородного ограждения; оттаивание замороженных пород; монтаж замораживающей станции и рассольных сетей; извлечение осадочных сетей; извлечение обсадочных и замораживающих труб (где это возможно) и погашение скважин.

Последовательность работ по выемке породы зависит от степени ее замороженности в ядре ствола. При наличии ядра из незамороженных пород выемку начинают с ядра. После выемки пород ядра на глубину 60−70 см производят отбойку замороженных пород по всему сечению ствола с помощью отбойных молотков и пневмоломов.

Если породы проморожены по всему сечению, то проходку начинают с выемки центрального вруба на глубину 50 см. Затем отбойку ведут в направлении периферии столба. Количество проходчиков в забое ствола определяют из расчета 2.5−3.5 м2 площади сечения ствола в проходке на одного человека.

Бурение шпуров по крепким замороженным породам осуществляют бурильными молотками (ПР-ЗОДУ, ПР-30ЛС). Шлам из шпуров удаляют продувкой. Количество бурильных молотков принимают из расчета один молоток на 2.5−4.5м2площади забоя. Максимальное количество бурильных молотков на забой 10−14.

В последнее время в стволах с большим горным давлением и гидростатическим давлением временную крепь не применяют. Стволы проходят с применением передовой бетонной крепи, сооружаемой с помощью призабойной опалубки заходками по 70−100 м. В этом случаи постоянную крепь возводят в направлении снизу в верх. В качестве постоянной крепи применяют чугунные тюбинги с толщиной стенки от 40 до 70 мм, с заполнением затюбингового пространства бетоном, пластбетоном, раствором (толщина бетонного крепления в среднем 60 см). Между тюбингами в кольцах уложены прокладки из рольного свинца толщиной 2 мм. Все болтовые соединения крепления тюбингов имеют свинцовые фасонные и стальные накладки шайбы. Тампонажные пробки также имеют свинцовые и металлические кольцевые прокладки Крепление стволов до глубины 350 предусматривается чугунными тюбингами, далее — монолитным бетоном.

Проветривание ствола при проходке осуществляется только по нагнетательной схеме. Воздух в ствол нагнетается вентилятором по стальным или гибким трубам диаметром 0.4−1.2 м. Обычно у ствола на расстоянии не менее 15 м устанавливают два одинаковых вентилятора. Для стволов диаметров в свету 7−8.5 м и глубиной 700−1500 м и вышевентиляторы типа ВЦП-16 с трубопроводом диаметром 900, 1000,1200. Один вентилятор работает в течении всего времени проходки ствола, а после взрывания ВВ в работу временно включают второй вентилятор. В ствол должен подаваться воздух с температурой не ниже +2.Подогрев воздуха осуществляется калориферами.

Проходка главного направления Шахтное поле 1 РУ по Третьему калийному горизонту подготовлено главными транспортными и вентиляционными выработками, пройденными от околоствольного двора на север, юг и юго-восток (от центра к флангам) до границ горного отвода. Соответственно различают главное северное и главное юго-восточное направления. Главное направление состоит из пяти параллельных выработок, разделенных между собой ленточными целиками. Из этих пяти выработок: 2 — это главные вентиляционные штреки и 3 остальные — это главный конвейерный штрек и по обе стороны от него — главные транспортные штреки. Кровля выработок главного направления расположена под защитной пачкой сильвинита 0,15 — 0,25 м верхнего сильвинитового слоя (слой 2) для обеспечения их устойчивости. Между главными вентиляционными и транспортными штреками предусмотрен целик в 20 м для предотвращения утечек воздуха и прямотоков, а так же для уменьшения взаимного влияния выработок главного направления друг на друга. Целики между остальными штреками составляют 10 м. Сечения выработок арочное и пройдены они проходческим комбайном ПК-8М. По технологии проходки воздухоподающие и вентиляционные выработки через каждые 350 м сбиваются технологическими сбойками, в которых сооружаются вентиляционные перемычки.

К участку севернее утвержденной границы шахтного поля 1РУ будем подводить выработки главных направлений в следующем количестве:

— два транспортных штрека (учитывая дальность транспортировки материалов, людей и др., а также для удобства транспортного сообщения);

— один конвейерный штрек (для транспортировки руды);

— два вентиляционных штрека (в соответствии с расчетом в разделе «Вентиляция»).

Минимальная ширина конвейерного штрека В, мм, определяется по формуле:

В= а + А + в, где, а — минимальный зазор для прохода людей, мм;

А — ширина става ленточного конвейера, мм;

в — минимальный зазор с неходовой стороны, мм.

Для транспортировки руды по главному северо-западному и главному юго-восточному направлениям принимаем ленточный конвейер 2ЛУ-120 В, ширина става которогоА = 1650 мм, а = 700 мм, в = 400 мм В = 700 + 1650 + 400 = 2750 мм Минимальная высота штрека Н, мм, определяется по формуле

H=h + l,

где hвысота автомашины, мм;

lдопустимый зазор, мм.

Минимальная высота штрека определяется размерами подвижного состава. Учитывая, что в шахтных условиях используются автомашины «Mини-Минка», «Mиди-Минка», «Минка-26», трактора «МТЗ-80», «Амкодор», «Паус» для расчета минимальной высоты штрека выбираем максимальную высоту кузова выше перечисленных машин.

h = 2430мм — для автомашины «Минка-26», l = 500 мм Н = 2430 + 500 = 2930 мм Принимаем проведение выработок проходческим комплексом с комбайном ПК-8МА с арочным сечением S = 8,03 м². В = Н = 3000 мм.

Ввиду того, что штреки проходятся по слоям с коэффициентом крепости по школе проф. Протодьяконоваf> 2,5−3, крепление штреков не производится, т.к. выработка имеет устойчивую арочную форму поперечного сечения. При расширении технологических сбоек, камер разворота более 3,5 м производится их крепление винтовыми штангами с учетом установленных параметров в соответствие с паспортами крепления. Проходческий комплекс состоит из комбайна ПК-8М, самоходного вагона 5ВС-15М, бункера-перегружателя БП-14, скребкового конвейера СП-202. Техническая характеристика проходческого комбайна ПК-8М приведена в таблице 3.3.3.1, техническая характеристика самоходного вагона 5ВС-15М приведена в таблице 3.3.3.2, техническая характеристика бункера-перегружателя БП-14 приведена в таблице 3.3.3.3, техническая характеристика скребкового конвейера СП-202 приведена в таблице 3.3.3.4.

Таблица 3.1-Техническая характеристика проходческого комбайна ПК-8М

Таблица 3.2 — Техническая характеристика самоходного вагона 5ВС-15М

Таблица 3.3 — Техническая характеристика бункера-перегружателя БП-14

Таблица 3.4 — Техническая характеристика скребкового конвейера СП-202

Технология проходки горных выработок включает подготовительные работы, зарубку, проходку выработки, отгон оборудования. В процессе подготовительных работ производится подготовка комбайна, самоходного вагона и бункера-перегружателя, подводится электроэнергия, монтируется вентилятор, подвешиваются трубы. В процессе зарубки проходится выработка длиной 20 м, которая необходима для расположения комбайна и бункера-перегружателя. При зарубке бункер-перегружатель к комбайну не прицепляют, а отбитая руда грузится непосредственно в самоходный вагон.

После зарубки осуществляется прицепка бункера-перегружателя и проходка выработки на запланированную длину. Затем осуществляется перемещение комбайна и бункера-перегружателя по пройденной выработке в забой новой выработки. Самоходный вагон может разгружать породу на скребковый или ленточный конвейер. При большем расстоянии до пункта разгрузки самоходного вагона в работу вводится второй самоходный вагон. Один вагон доставляет породу от комбайна до места перегрузки во второй вагон, который транспортирует ее до места разгрузки. При большей длине проходимой выработки в состав проходческого комплекса включаются 3 вагона, на которые производится последовательная перегрузка породы. При этом разгрузочный конец вагона поднимается гидродомкратами, затем включается донный конвейер, который перегружает руду в пустой вагон. Объем добываемой руды от проходки выработок главного направления, а также расход необходимых материалов представлены в таблице 3.6.

Околоствольный двор Околоствольный двор представляет собой комплекс горных выработок и камер, расположенных возле шахтных стволов и предназначенных для обслуживания горизонта и соединения стволов с главными транспортными, конвейерными, вентиляционными выработками. Основные требования, которые предъявляются к околоствольным дворам — обеспечение необходимой пропускной способности, простота устройства.

С целью обеспечения устойчивости камер и выработок околоствольных дворов Третьего калийного горизонта они расположены под сильвинитовыми пластами.

Камеры и выработки околоствольного двора подразделяются на:

а) производственного назначения:

сопряжение с околоствольным двором;

гараж;

склад ГСМ;

склад ВМ;

мастерские электромеханические подземные;

УПП;

склад хранения оборудования.

б) вспомогательного назначения:

камеры ожидания;

медпункт;

камеры посадки людей в машины;

камера противопожарных материалов.

Все камеры располагаются в непосредственной близости от потребителей, а камеры ВМ располагаются в соответствии с ЕПБ при ВР, а именно:

— расстояние от склада взрывчатых материалов до ствола, околоствольных выработок, вентиляционных дверей — не ближе 60 м.

— расстояние от склада ВМ до выработки, служащей для прохода людей, — не ближе 20 м.

Склад ВМ, гараж, ГСМ, ПЭММ имеют не менее двух запасных выходов, при этом склад ВМ и ГСМ проветривается обособленной струёй.

3.4 Порядок отработки шахтного поля

Существуют следующие варианты порядка отработки шахтного поля: прямой, обратный и комбинированный.

При прямом порядке отработки сначала разрабатывают части, расположенные ближе к стволам. При этом фронт очистных работ перемещается от стволов к границам шахтного поля.

При обратном порядке вначале разрабатывают части шахтного поля, расположенные ближе к границе шахтного поля, и фронт очистных работ перемещается от границ к стволам.

Достоинства прямого порядка отработки:

— минимальный срок ввода предприятия, быстрая окупаемость затрат.

Недостатки:

— увеличение затрат на поддержание выработок и, как следствие, увеличение потерь в целиках;

— утечки воздуха, доходящие до 60%.

Достоинства обратного порядка отработки:

— меньшие затраты на поддержание выработок и потери в целиках;

— производится детальная доработка пласта, выявляются геологические нарушения;

— меньшие утечки воздуха;

Недостатки:

— увеличивается срок подготовки шахтного поля и как следствие в начальном периоде добывается незначительное количество полезного ископаемого.

Комбинированный порядок отработки сочетает в себе вышеперечисленные достоинства и недостатки.

Исходя из вышеперечисленного и учитывая характерные особенности Старобинского месторождения, в начальный период (2−3 года) для быстрого освоения капитальных вложений наиболее целесообразным является прямой порядок отработки панелей, а в последующем будем применять обратный порядок отработки.

Раскройка шахтного поля осуществляется тремя направлениями: главным северным, южным и главным юго-восточным направлениями, состоящиеиз пяти выработок: конвейерный штрек, 2 транспортных и 2 вентиляционных штрека (лист 2). Главный конвейерный штрек находится по центру главного направления, от него слева и справа — транспортный и вентиляционный.

3.5 Подготовка шахтного поля

Горно-подготовительные работы Подготовка к отработке запасов 1РУ в пределах распространения Третьего калийного горизонта осуществляется системой главных штреков (конвейерных, транспортных и вентиляционных) пройденных по породе, а также панельных выработок, пройденных по руде, применяем панельный способ.

Панельный способ подготовки обеспечивает:

— высокую нагрузку на очистной забой,

— относительно невысокие потери полезного ископаемого,

— удовлетворительные условия поддержания выработок.

Сущность панельного способа подготовки заключается в следующем: перпендикулярно к выработкам главного направления проходятся панельные вентиляционный, конвейерный штреки и бортовые штреки лав: конвейерный и вентиляционный (транспортный).

Подготовка и отработка панели может вестись в прямом и обратном порядке. Для уменьшения потерь в целиках принимаем прямой порядок подготовки и обратный порядок отработки панелей.

Основными факторами, определяющими выбор технологии отработки калийных горизонтов 1РУ, являются:

значительные колебания значений мощности водозащитной толщи (от 0 до 700м) над II и III калийными горизонтами;

наличие большого количества населенных пунктов, требующих специальных мер охраны при их подработке, а также кладбищ, к которым предъявляются повышенные требования по уровню залегания грунтовых вод.

В целом, учитывая вышеуказанные факторы, технология отработки должна предусматривать весь необходимый комплекс мероприятий, обеспечивающих минимальные оседания земной поверхности на большей части подрабатываемой территории или же оставление предохранительных целиков.

Кроме основного, природоохранного фактора, к технологическим схемам и оборудованию предъявляются требования, обеспечивающие:

максимально возможное извлечение полезного ископаемого из недр и высокое качество добываемой руды;

минимальные объемы трудоемких горно-подготовительных работ;

высокий уровень механизации и автоматизации производственных процессов;

безопасные условия ведения горных работ.

3.6 Очистные работы

Очистная выемка панели ведется верхней и нижней лавой. Подготовка нижней лавы поэтапная. Выработки проходятся с опережением фронта очистных работ нижней лавы и находятся в зоне, надработанной верхней лавой.

Подготовка столба нижней лавы заключается в проведении конвейерного и транспортного штреков по флангам, а вентиляционного — в центре столба лавы. Подготовка проводится комбайнами типа ПК-8М и комбайнами типа Урал-10КС. Ширина штреков лавы принята из условий расположения в них оборудования лавы (энергопоезда, приводных и натяжных станций забойного конвейера и другого оборудования).

Таблица. 3.5 — Параметры панели

Обоснование системы разработки и средств механизации нижней лавы Для отработки нижней лавы панели принята система разработки длинными столбами с селективной выемкой слоев II, II-III и III. Слой II-III (галит) закладывается в отработанное пространство лавы с помощью установки механической закладки (УМЗ).

Перечень средств механизации:

Для механизации процессов селективной выемки руды с частичной закладкой галита в отработанное пространство предусматривается применение комплекса, состоящего из:

Очистной валовый комбайн SL-500С- 1 шт.

Забойная крепь «Фазос-16/24» — 131 шт.

Крепи сопряжения типа «Фазос-23/33» — 8 шт.

Забойный конвейер EKF-3E74VS — 250 м.

Штрековые конвейеры — 1 шт.

Установка механической закладки — 4 шт.

Электрооборудование.

Установка для охлаждения электродвигателей комбайна.

Таблица 3.6 — Техническая характеристика комбайна СЛ-500С

Таблица 3.7 — Техническая характеристика гидромеханизированной крепи Фазос-16/24

Таблица 3.8 -Техническая характеристика штрекового конвейера ЕКФ-3