Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Добыча минеральных солей и их продуктов, их переработка 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.

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 мира: Германия, Бразилия, Индонезия, Пакистан, Уругвай, Зимбабве, Алжир, Шри Ланка, Перу, и др.

Наименование продукции, производимой в ПО «Беларуськалий»

В 2000 году произведено около 3246.8 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 из недр и др.

Рудник Четвертого рудоуправления введен в эксплуатацию в 1979 году с мощностью 5,4 млн. тонн руды в год по проекту института ВНИИГ г.Ленинграда. Рудник является современным высокомеханизированным предприятием. Добычные работы ведутся камерной и столбовой системами разработки, из которых доминирующее значение приобрела столбовая, как обеспечивающая более высокое качество добываемой руды.

1. Геологическая часть

1.1 Общие сведения о месторождении

Старобинское месторождение калийных и каменных солей находятся на территории Солигорского, Любанского и Слуцкого районов Минской области.

На месторождении разрабатываются только калийные горизонты. На сегодняшний день добычу калийных солей ведут четыре рудоуправления ПО”Беларуськалий”.

Шахтное поле Четвертого рудоуправления, на котором ведутся работы в Солигорском и Любанском районах. На территории шахтного поля и в пределах участка работ расположен ряд сельских населенных пунктов. Западнее 4РУ в 15 км находится г.Солигорск, он является крупным промышленным центром. Здесь помимо объектов горно-химической индустрии работает завод железобетонных конструкций, ТЭЦ, завод по ремонту горного оборудования, имеется мощная строительная база, развита легкая и пищевая промышленность.

Город Солигорск связан с ближайшими районными центрами шоссейными асфальтированными дорогами. Все рудоуправления ПО”Беларуськалий” и г.Солигорск связаны железной дорогой со станцией Слуцк, через которую проходит железная дорога Осиповичи-Барановичи Белорусской железной дороги.

Промышленные предприятия и населенные пункты получают электроэнергию от общей кольцевой энергетической системы.

Местные топливные энергетические ресурсы - дрова и торф.

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

Шахтное поле Четвертого рудоуправления расположено в юго-восточной части Старобинского месторождения калийных солей. На западе оно примыкает к шахтным полям 1 и 3 рудоуправлений, на востоке - к Нежинскому участку шахтного поля, на севере - ограничено границей горного отвода, на юге - границей выклинивания 3 калийного горизонта. Площадь горного отвода составляет 240 км2.

Рельеф шахтного поля 4РУ равнинный, осложненный небольшими холмами, с отдельными заболоченными низменостями, покрытыми сетью мелиоративных канав. Абсолютные отметки поверхности колеблются от 145,2м до 173,2м.

Территория месторождения покрыта густой сетью рек и ручьев, которые берут начало в области конечно-моренных гряд. Главной водной артерией является р.Случь. На реке Случь в районе г.Солигорска создано крупное водохранилище.

Климат района умеренно- континентальный, характеризуется прохладным летом и умеренно теплой зимой.

1.2 Геологическое строение

Стратиграфия.

В геологическом строении шахтного поля принимают участие породы кристаллического фундамента и осадочного чехла. Первые, по данным геолого-геофизических исследований, залегают на глубинах 2000-3000 м. и представлены гранитами, диоритами и разными по составу гнейсами.

На несогласием залегают отложения верхнего протерозоя, которые вскрыты на мощность, равную 432 м. Представлены алевритами, песчаниками, туфами, туффитами и туфогенными песчаниками.

Палеозойские отложения ( Палеозойская группа PZ)представлены породами среднего и верхнего девона.

Девонская система (D).

Средний девон (D2).

Отложения среднего девона представлены наровским и старооскольским горизонтом, сложенными песчаниками, алевритами с прослоями аргиллитоподобных глин и аргиллитов и доломитов. Мощность отложений 260 м.

Верхний девон (D3)

В составе верхнего девона выделяются отложения франского и фаменского ярусов.

Франский ярус (D3 fr)

Отложения франского яруса представлены глинами с прослоями массивного ангидрита, доломитом серым массивным, в нижней части кавернозным известняком с отдельными прослоями песчаников. Мощность яруса 202 м.

Фаменский ярус (D3 fm)

Фаменский ярус представлен задонско-елецким и данково-лебедянским горизонтами.Задонско-елецкий горизонт (мощностью 246 м) представлен доломитизированными известняками с прослоями алевролитов, песчаников и глин.Данково-лебедянский горизонт по литологическому составу делится на 3 свиты (снизу вверх):

Доломито-ангидритовая (подсолевая)

Соленосная глинисто-мергелистая (надсолевая)

Доломито-ангидритовая свита (D3 dn-1bc)

Подсолевая свита сложена в нижней части в основном доломитами и доломитизированными известняками с прослоями глин, песчаников и алевролитов, в верхней части встречается ангидрит и реже гипс. Мощность её колеблется от 80 до 100м .

Соленосная свита (D3 dn-1bв)

Cоленосная свита представлена чередованием хорошо выдержанных пластов каменной и калийных солей, пластов глинисто-карбонатных пород. Мощность каменной соли колеблется от 2.0 до 52.0м, мощность пластов глинисто-карбонатных пород от 2.0 до 32.0м. Общая мощность свиты 200-900м. В строении соленоснй свиты принимают участие 4 калийных горизонта, залегающих в виде моноклиналей с углами от 00 до 30.

Глинисто-мергелистая свита (D3 dn-lba)

Глинисто-мергелистая свита представлена мергелями и аргиллитоподобными глинами с прослоями доломитов, редко песчаников и известняков, в нижней части прожилки волокнистого гипса. Кровля глинисто-мергелистой свиты неровная, размытая , залегает с угловым несогласием. Залегает на глубинах от 105 до 194,85 м. Мощность свиты составляет 242.5-444.9м.

Мезозойская группа (MZ)

Мезозойские отложения представлены юрскими и верхнемеловыми породами.

Юрская система (j)

Юрские отложения распространены на большей части шахтного поля. Залегают с несогласием на глинисто-мергелистой свите и представлены песчано-глинистыми породами. Залегают на глубине от 114 до 156.95 м. Мощность невыдержанна от 2 до 56.35 м.

Меловая система (К2)

Меловые отложения развиты повсеместно , трансгрессивно залегают на девонских или юрских отложениях .Представлены сеноманским , туронским ярусами . Залегают на глубине от 85 до 122.5 м.

Сеноманский ярус (K2 cm)

Отложения сеноманского яруса представлены песками и слабосцементированными песчаниками. Имеют мощность от 1 до 19.3 м (в среднем около 6м).

Туронский ярус (K2 t)

Отложения туронского яруса представлены толщей писчего мела и мелоподобного мергеля мощностью от 7 до 52.6м

Кайнозойская группа (KZ)

В составе кайнозойских отложений выделяются образования палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем.

Палеогеновая система(Pg)

Отложения палеогена залегают на глубинах от 62м до 93м и представлены зеленовато-серыми и тёмно-зелёными кварцево-глауконитовыми песками, содержащими зёрна хорошо окатанного мелкого гравия. Мощность палеогеновых отложений 5-53м.

Неогеновая система (N)

Отложения неогена залегают на глубине 35-67м, представлены кварцевыми песками мелко- тонкозернистыми, тонко- и косослоистыми с остатками древесины. Мощность неогеновых отложений около 20м.

Четвертичная система (Q)

Отложения неогена залегают на глубине 35-67 м. В составе четвертичных отложений выделяют следующие стратиграфические комплексы:

Моренные отложения Березинского оледенения. Имеют незначительное распространение. Сложены они супесями, суглинками и глинами. Мощность отложений 3-19м.

Водно-ледниковые нерасчлененные отложения днепровского и Березинского оледенения, представлены песками, супесями с гравием, галькой. Мощность отложений 8-19 м.

Моренные отложения днепровского оледенения: тощие грубые супеси с гравием и галькой, с линзами и прослоями разнозернистых песков. Мощность отложений 17-25 м.

Водно-ледниковые отложения днепровского и московского оледенении: разнозернистые глинистые пески с линзами тощих супесей. Мощность отложений 13-26 м.

Моренные отложения московского оледенения: красно-бурые , желто-бурые и серые глины, суглинки и супеси. Мощность отложений 2-8 м.

Конечно-моренные отложения московского оледенения: песчано-глинистый, гравийный и валунный материал. Мощность отложений до 13 м.

Водно-ледниковые отложения, покрывающие московскую марену, представлены разнозернистыми кварцевыми песками с включением гравия и гальки. Мощность отложений 3-7 м.

Древнеаллювиальные отложения террас реки Случь, древние и современные золовые отложения, современные аллювиальные, азерно-аллювиальные и болотные образования. Представлены песками, супесями , илом и торфом. Мощность отложений 0.2-6 м.

Тектонические нарушения

Четвертое шахтное поле в структурном отношении приурочено к южному крылу Центральной впадины ( структура третьего порядка ). Простирание впадины юго-восточное. Шарнир её в пределах шахтного поля проходит вблизи скважин 143-154-163 и погружается к востоку под углом 1.50-20. Промышленные горизонты залегают в виде моноклинали с северо - восточным падением. Угол падения постепенно возрастает от 1.5 град. на юге до 3.50 на севере. Угол падения Третьего горизонта больше , чем Второго.

Фундамент и нижний структурный этаж осадочного чехла разделён на ряд ступеней субширотными разрывными нарушениями, а ступени субмеридианальными нарушениями делятся на блоки. Шахтное поле расположено в Восточном блоке Старобинского месторождения, который отделяется от Центрального блока Центральным разломом.

Зона Центрального разлома, по данным бурения, является нормальным сбросом, плоскость сместителя которого наклонена на восток - юго-восток. Угол падения сместителя составляет не менее 600. Амплитуда смещения на уровне Второго калийного горизонта 65-70 м. Зона разлома имеет сложное строение.

По данным Блецко В.С. и Зеленцова И.И. (1970) в центральной впадине намечается ряд структур третьего порядка. Это относится к западной части поля, где по данным эксплуатационной разведки установлено наличие Центрального тектонического нарушения субмеридианального направления, по которому в настоящее время проходит западная граница шахтного поля.

Гидрогеология.

Горно-геологические условия краевой зоны (выклинивание покровной каменной соли ) Второго калийного горизонта. На руднике 4РУ по «Беларуськалий» многие подземные горные выработки пройдены до контура выклинивания Второго калийного горизонта с вскрытием пород ГМТ.В кровлю разведочных горных выработок пробурены скважины на глубину до 9.0 м. В результате подземных горных работ определено точное местоположение границы распространения калийного горизонта. В краевой зоне изучены условие залегания пласта, его геологическое строение, качественный состав руд, изменение строение разреза покрывающих отложений проведены гидрогеологические наблюдения. Вновь полученные данные позволили уточнить горно-геологические условия отработки Второго калийного горизонта вдоль контуров его выклинивания в районе юго-западного фланга шахтного поля 4РУ. Геологоразведочными работами проведёнными на горизонте -440 м. установлено, что граница распространения калийного горизонта в створе панелей 1 и 3 расположена к северу от контура подсчёта запасов категории С2, а к западу от названных панелей находится южнее этого контура. Максимальное расстояние между предполагаемой и фактической границей выкливание Второго калийного горизонта достигает 500м. Контур выклинивания калийного горизонта имеет сложную конфигурацию. Это обусловлено особенностями изменения в краевой зоне структурного плана калийного пласта и рельефа кровли соленосной толщи ,а также пределами вариации углов их смыкания. Глубина залегания кровли калийного горизонта в краевой зоне поменяется от 450м до 480м. Её абсолютные отметки составляют (310-340м). Несколько приподнятое положение пласт занимает на участке между 5 и 9 южными панелями ( абс. Отм. -(310-320м)) и погружаются к западу и востоку от них с увеличением абсолютных отметок до -(330-340м). Общее структурное погружение пласта происходит от контура выклинивания в северном направлении. Углы падения преимущественно составляют 20-30. Участками структурный план пласта осложнён локальными флексурообразными изгибами слоёв с углами падения крыльев до 50-70, что обуславливает слабоволнистое залегание калийного горизонта в целом по площади южной краевой зоны. В районе отработанных блоков 5-1 и 5-2 в калийном горизонте встречена зона «внутрислоевой тектоники» шириной 250м и протяжённостью 425 м. По данным гидрогеологических исследований установлено, что в верхней части осадочной толщи формируется зона активного водообмена, а в нижней замедленного. Первая зона связана с четвертичными, неоген-палеогеновыми, меловыми и юрскими отложениями. Мощность ее составляет 130-182 м. Воды зоны используются для питьевых и хозяйственных нужд. Зона замедленного водообмена приурочена в основном в верхнедевонским отложениям в пределах глинисто-мергелистой, соленосной и подсолевой свит.

До недавнего времени считалось, что глинисто-мергелистая толща обводнена лишь в верхней части (50-100 м.), т.е. до глубины 200-210 м от дневной поверхности. Обводненность ее обусловлена наличием мелких трещин и прослеживается только до кровли гипсоносной подсвиты. Но в последнее время появились новые данные об обводненности глинисто-мергелистой толщи. Гидрогеологическими исследованиями 1987 - 1991 г. в скважинах №№ 763г, 764г, 765г, 766г, 770г в районе сопряжения Центрального и Северного тектонических нарушений установлена обводненность пород глинисто-ангидритовой части ГМТ у ее контакта с соленосными отложениями. Притоки изменялись от 3 до 10 л/час. Величина минерализации подземных вод составляет около 305 г/л. В 1993 г. Центральной геофизической экспедицией по результатам исследования материалов сейсморазведочных работ была построена структурная карта поверхности соленосной толщи. На поверхности соленосной толщи авторами выделены глубокие врезы субмеридиального напраравления у Ценрального тектонического нарушения (вблизи скважины 109) и в северной части шахтного поля. Образование их объясняется древними процессами подземного выщелачивания. Кроме того высказано предположение о возможном наличии в таких переуглублениях скоплений рассолов в нижней части глинисто-мергелистой толщи. В местах таких врезов мощность соленосных отложений над разрабатываемым Вторым калийным горизонтом сокращается до 25м и менее. Наличие рассолов и незначительной мощности соленосных отложений над Вторым калийным горизонтом может привести к значительным осложнениям при ведении горных работ. В 1997 г. с целью установления вреза в соленосной толще и наличия рассолов в нижней части глинисто-мергелистой толщи была пробурена специальная гидрогеологическая скважина 784г., которая подтвердила наличие вреза в кровле соленосных отложений и рассолов нижней части ГМТ. В интервале глубин 500-550м был выделен интервал водосодержащих пород, рассолы высокоминерализованные с минерализацией до 310--323 г/л хлоридно-натриевого типа. Дебит скважины составил 0.88-0.99 м3/сутки. Водосодержащие породы обладают низкими фильтрационными характеристиками: коэффициент фильтрации составляет 0,0000592-0,0000632 м3/сут. Коэффициент водопроводимости 0,00074-0,00088 м2/сут.

В пределах соляной свиты воды не встречены. Эта толща является водоупором.

В водоносном слое подсолевой свиты содержатся подземные воды хлоридно-натриевого типа с общей минерализацией свыше 150 г/л. Водообильность этого горизонта не значительна.

Газодинамические проявления влияющие на отработку пластов.

Опыт работы рудников за период эксплуатации Старобинского месторождения показал, что при производстве горно-подготовительных и очистных работ имеют место различного рода осложнения в строении калийных горизонтов: газодинамические проявления. За время работы рудника, горно-подготовительными и очистными выработками на горизонте -670м были выявлены газодинамические проявления и их потенциальные очаги, связанные с мульдами погружения, газовыделения на Втором и Третьем горизонтах.

В 1980 - 2000 годах при подготовке и очистной выемке на горизонте -440 м, а так же при бурении шпуров и разведочных скважин отмечалось выделение газа. Всего за указанный период отмечено 24 случая.

На горизонте -670 м отмечено 16 случаев подобных газовыделений, которые зафиксированы при производстве геологоразведочного, дренажного и крепежного бурения, и вскрыто 55 мульд погружения пласта.

Специальные работы, проведенные на мульдах по их инициированию не дали положительного результата (мульды оказались не выбросоопасными).

1.3 Качественная характеристика калийных горизонтов и вмещающих пород

В пределах шахтного поля 4РУ выделены четыре основных калийных горизонта, относительно равномерно распределенных в разрезе. Расстояние между I и II горизонтами составляет 62 - 85 м; II и III - 161 - 256 м;

III и IV - 163-238 м.

Калийные горизонты представляют собой пластовые залежи, которые на большей части шахтного поля имеют моноклинальное залегание с падением пластов на северо-восток. Состоят они из сильвинитовых слоев, переслаивающихся со слоями каменной соли. В отдельных горизонтах значительное место занимают прослои соляной глины, а в третьем горизонте имеются прослои карналлитовой породы.

Сильвинитовые слои представляют собой тонкое чередование прослойков собственно сильвинита, иногда карналлит-сильвинитовой и сильвин-карналлитовой породы (4-12 см.) и слоев каменной соли (1-15.см.). Поскольку запасы I-го и IV-го калийных горизонтов отнесены к за балансовым и в данное время практической ценности не представляют, их характеристикой ограничимся, а более подробно остановимся на II и III горизонтах, где ведутся горные работы.

Горизонт - 440 м.

Горные работы в пределах Второго калийного горизонта на шахтном поле 4РУ производятся в его южной части, а именно, на восточном крыле на южных панелях, на западном крыле на южных панелях. Падение пласта в пределах южных панелей северо-восточное направление под углом до 3 градусов, а в пределах южных панелей северо-западное направление под углом до 3 градусов.

На Втором горизонте по всем находящимся в работе панелям вскрыта масса замещений сильвинита каменной солью; нередко распространяющихся на значительных площадях и осложняющих производство очистных работ. Так при производстве горных работ в 2001 году вероятна встреча указанных зон на южных панелях.

С начала ведения горных работ на руднике 4РУ были встречены зоны замещения при подготовке и очистной выемке практически на всех панелях и выработках главных (западного и восточного) направлений. Указанные зоны имеют различные размеры в поперечнике и довольно сложные очертания в плане, характеризуются частичным или полным замещением сильвинитовых слоев каменной солью, в значительной степени осложняют технологию добычи сильвинитовой руды.

Горизонт- 670 м.

Третий калийный горизонт на участках ведения горных работ в 2000 году распространен повсеместно. Состоит третий горизонт из трех пластов:

нижнего сильвинитового (промышленного),

среднего - глинисто-карналлитового,

верхнего - сильвинитового.

На среднем глинисто-карналлитовом и верхнем сильвинитовом пласте, отнесенным к забалансовым, мы не останавливаемся, а на нижнем сильвинитовом пласте остановимся подробнее.

В разрезе его выделяются от 4 до 6 сильвинитовых слоев (мощность от 0,15 до 1,46 м.). Наибольшую мощность имеет IV сильвинитовый слой (1,46 м). Наиболее выдержаны на площади шахтного поля II, III и IV сильвинитовые слои, I, V и VI слои на некоторых участках. Так V и VI сильвинитовые слои отсутствуют в северных частях южных панелях.

Сильвинитовые слои сложены полосчатым сильвинитом. В верхней части пласта в IV сильвинитовом слое встречаются гнезда и прожилки карналлита. Как в сильвинитовых слоях, так и в промежуточных слоях каменной соли отмечаются глинистые прослойки, мощностью от нескольких мм до 8 см. Количество прослойков возрастает по разрезу снизу вверх. В северной и восточной части шахтного поля наблюдается обогащение нижнего пласта глинистыми прослойками.

Очистная выемка II и III сильвинитовых слоев планируется на западном и восточном направлениях южные панели, а также на южных панелях направления А.

Данные подземной разведки за период с 1978 года по настоящее время показывают, что в целом промышленный пласт Третьего калийного горизонта на вскрытой горными работами площади выдержан как по мощности, так и по содержанию хлористого калия.

При проходке уклонов с главного южного направления на главное восточное направление “А” был полностью вскрыт нижний сильвинитовый пласт, в разрезе которого выделяются I, II, III, IV, V и VI сильвинитовые слои. Кроме того отмечается снижение содержания нерастворимого остатка в каменной соли III-IV и IV сильвинитовом слое, увеличение мощности IV сильвинитового слоя до 1,30-1,40 м. по сравнению с северной и северо-восточной частями шахтного поля. Все это, учитывая и уменьшение глубины залегания промышленного пласта, значительно улучшает условия отработки запасов на панелях главного “А” направления.

1.4 Состояние и движение запасов

Балансовые запасы по шахтному полю 4 РУ по состоянию на 01.01.2001 года полученные в результате эксплуатационной разведки, и утверждённые ГКЗ РБ приведены в таблице № 2.1.