1. Горно-геологическая часть
1.1 Горно-геологическая характеристика шахтного поля.
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей открыто П. И. Преображенским в 1925 году и приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Калийно-магниевые соли расположены внутри соляной толщи покровной и подстилающей каменной соли, залежь имеет пластовую форму, площадь ее составляет около 3,5 тысяч квадратных километров: в меридиональном направлении вытянута на 140 км, в широтном – на 40 км.
Соликамский участок, как вся территория ВКМКС, изучена с помощью космической фотосъёмки, гидрогеологической съёмки масштаба 1:5000, геофизическими методами (сейсмическими, гравиразведочными, электроразведочныии).
Шахтное поле СКРУ-3 расположено в центральной части месторождения в пределах детально разведанного с поверхности Ново-Соликамского участка в Соликамском районе Пермской области.
Максимальные размеры горного отвода в меридианальном направлении 16.14 км, в широтном – 8.918 км. Площадь 110.3 км2. Горноотводный акт утвержден Пермским округом Госгортехнадзора и внесен в реестр Управления Пермского округа 3 апреля 1978 года под № 171. Первоочередной контур отработки шахтного поля расположен в северной половине горного отвода (к северу от линии скважин №№ 142, 229, 627, 143) и имеет площадь 74 км2. Максимальные размеры в меридиальном направлении – 8.25 км, в широтном - 8.918 км.
Право на добычу калийной и каменной солей на Ново-Соликамском участке Верхнекамского месторождения (шахтное поле СКРУ-3) утверждено лицензией ПЕМ № 01441 ТЭ, выданной ОАО «Сильвинит» 01.04.2001 г.
Рудником СКРУ-3 с 1983 года ведется отработка балансовых запасов двух промышленных пластов сильвинита (АБ, КрII), согласно проектного задания 1969 г. По подстилающей каменной соли с 1991 г ведутся горно-подготовительные и очистные работы на панели 8, а с 1998 г горно-подготовительные и очистные работы на панели 6.
В результате геологоразведочных работ на площади горного отвода пробурено с поверхности 68 глубоких разведочных скважин, вскрывших толщу солей преимущественно до верхов подстилающей каменной соли, а также 11 структурных скважин, пробуренных до кровли соляной залежи. Кроме того, на площади горного отвода для выяснения техногенного загрязнения подземных вод в надсолевой толще в 1988 – 1990 гг. пробурена 31 гидрогеологическая скважина. По всем пробуренным скважинам имеются координаты устьев скважин и данные о тампонаже.
В геологическом строении участка принимают участие осадочные породы нижне- и верхне-пермского возраста, среди которых преобладают галогенные отложения иреньского горизонта кунгурского яруса.
В подошве продуктивной толщи калийных солей залегает подстилающая каменная соль мощностью около 400 м, скважиной 137Г она пересечена полностью и имеет мощность 315.65 м. Соль представлена обычными светло-серыми и серыми мелко- и среднезернистыми разностями, имеет слоистое строение. Наряду с годовыми прослоями в толще встречаются многолетние прослои глин мощностью от нескольких сантиметров до нескольких метров. Один из таких прослоев, являющийся маркирующим (средняя мощность 1.7 м), прослежен по всему участку. Мощность каменной соли между кровлей маркирующей глины (МГ) и почвой пласта КрIII колеблется от 7.9 м (скв. № 143) до 2.1 м (скв. № 221). Выше прослоя маркирующей глины на 3.5 - 5.0 м залегает пачка каменной соли, характеризующаяся наиболее высоким содержанием NаСI (98.10 - 98.51%) и минимальным содержанием нерастворимого остатка (0.23 - 0.34%). Мощность пачки 2.6 - 3.1 м. Данная пачка подстилающей каменной соли отрабатывается на пищевую и техническую каменную соль.
Толща калийно-магниевых солей делится на 2 зоны: нижнюю сильвинитовую и верхнюю – сильвинит-карналлитовую.
Сильвинитовая зона сложена четырьмя основными пластами: Красный - III (КрIII), Красный - II (КрII), Красный - I (КрI) и «А», разделенных между собой пластами каменной соли.
Пласт КрIII сложен тремя сближенными пластами красного сильвинита, индексированных снизу вверх – КрIIIВ, КрIIIБ, КрIIIА и разделенных межпластовой каменной солью. Суммарная мощность пласта изменяется от 0.2 до 7.1 м, составляя в среднем 2.6 м. В районе отработки суммарная мощность пласта КрIII составляет 4 м, среднее содержание КСl - 15%. На большей части шахтного поля пласт полностью или частично замещен каменной солью.
Мощность межпластовой каменной соли КрIII - КрII колеблется от 1.0 до 3.0 м, составляя в среднем 2.0 м.
Нижний промышленный пласт КрII сверху вниз подразделяется на 7 слоев. Нечетные слои (1, 3, 5, 7) сложены красным сильвинитом, четные (2, 4, 6) представлены, в основном, каменной солью. Мощность пласта изменяется от 2.7 до 8.6 м, составляя в среднем 4.25 м. Среднее содержание КСl в пласте 22.40 %. Глубина залегания 158 - 418 м, на отрабатываемых площадях – 270 - 390 м.
По разведочным скважинам №№ 109Г, 143, 295, 622 пласт полностью замещен каменной солью (площади замещения 0.94 – 1.02 км2).
Выработками панелей 6 (бл. 1, 3, 5, 6, 8, 9), 2 (бл. 5), 1 (бл. 1, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 12), 5 (бл. 1-2, 7-10), 4 (бл. 5-10), 8 (бл. 1, 2, 4, 11, 14), 7 (бл. 1) вскрыты участки частичного и полного замещения пласта каменной солью на площадях от 0.01 до 1 км2.
Мощность межпластовой каменной соли КрII - КрI колеблется от 1.0 до 3.05 м и составляет в среднем 1.5 м.
Пласт «Красный I» (КрI) представлен преимущественно красным сильвинитом. Мощность его изменяется от 0.6 до 2.6 м, в среднем составляет 1.1 м. Среднее содержание КСI – 25.14 %.
Мощность межпластовой каменной соли КрI – А' колеблется от 1.1 до 5.4 м, составляя в среднем 2.0 м.
Пласт А сложен полосчатым сильвинитом, в нижней части включает прослой каменной соли А'-А и прослой красного сильвинита - А'. Средняя мощность пласта 1.2 м. Кровля пласта А является кровлей сильвинитовой зоны.
Мощность сильвинитовой зоны колеблется от 9.2 до 34.3 м, средняямощность - 20 м.
Сильвинит-карналлитовая зона представлена 9 пластами калийно-магниевых солей, переслаивающихся с пластами каменной соли. Пласты индексированы снизу вверх по разрезу: Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К.
Пласт Б залегает непосредственно на пласте А и вместе с ним образует второй промышленный пласт - АБ. На большей части шахтного поля пласт Б представлен пестрым сильвинитом. По разведочным скважинам №№ 622, 143, 109Г пласт АБ полностью замещен каменной солью на площадях до 0.9 км2. Выработками панелей 6 (бл. 9), 1 (бл. 6), 5 (панельный вентиляционный штрек в бл. 1-6), 4 (бл. 5-10) вскрыто полное замещение пласта каменной солью на площадях от нескольких сот м2 до 1 км2.
На северо-востоке шахтного поля (скважины № 609, 110Г) пласт АБ представлен смешанными солями (сильвинито-карналлитового состава). Смешанные соли пласта АБ вскрыты горными выработками в пределах блоков 2, 4, 8, 10 панели 6 и блоков 3-14 панели 8. Отработке подлежит пласт АБ сильвинитового состава. Его мощность изменяется от 2.15 до 5.0 м, составляя в среднем 3.4 м. Среднее содержание КСl в пласте – 32 %.
Мощность межпластовой каменной соли Б-В изменяется от 1.0 до 5.0 м, составляя в среднем 2.3 м, на отрабатываемой площади – 1.5 - 2.0 м.
Пласт В в пределах шахтного поля, в основном, представлен карналлитовой породой и, на отдельных участках, смешанными солями.
Скважинами №№ 622, 109Г, а также выработками панели 1 (бл. 7, 9), панели 5, панели 4 (бл. 6, 8) вскрыт пласт В сильвинитового состава. Мощность пласта В сильвинитового состава изменяется от 3.0 до 4.25 м. Пласт В перекрывается межпластовой каменной солью В - Г, со средней мощностью 2.5 м.
Выше по разрезу пласты карналлита, реже пестрого сильвинита, переслаиваются с пластами каменной соли. Мощность сильвинито - карналлитовой зоны изменяется от 11.1 до 93.7 м, составляя в среднем 65.7 м. Глубина залегания - 88 - 387 м.
Толща калийно-магниевых солей почти повсеместно перекрыта отложениями покровной каменной соли, которая отсутствует в связи с размывом лишь в северо-восточной части шахтного поля (скв. 248, 253, 239, 617). Мощность покровной каменной соли изменяется от 0 до 27.6 м, составляя в среднем - 18 м.
Перекрывающие соляную толщу верхнепермские отложения соляно-мергельной и терригенно-карбонатной толщ распространены на всей площади шахтного поля. Средняя мощность их составляет 216 м.
Отложения соляно-мергельной толщи, представленные ритмично чередующимися прослоями мергелей, глин с прослоями каменной соли (до 9 ритмопачек), входят в состав водозащитной толщи. В приосевой части Тверитинского прогиба (панели 1, 5) количество их достигает восьми, к востоку – северо-востоку (панель 8) - уменьшается до нуля.
В Тверитинском прогибе развиты отложения пестроцветной толщи шешминского горизонта мощностью от 0 до 74 м, в среднем 36 м.
Четвертичные отложения развиты на всей площади района. Мощность их составляет в среднем 10 м, изменяясь в пределах 0.3 – 25.3 м.
В геоструктурном отношении Верхнекамское месторождение приурочено к Соликамской впадине Предуральского краевого прогиба. Основными положительными структурами являются валы и поднятия, отрицательными - мульды и прогибы. На площади отработки отмечается ровное пологое залегание пластов под углом 1 – 2 с падением на запад (панели 1, 3, 5, 7) и средне- и мелкоамплитудная складчатость (1-7 м) при ширине складок 15 - 35 м на восточных панелях (2, 6, 4, 8), возрастающая к востоку. Наиболее интенсивная складчатость отмечается в блоке 10 панели 2, блоках 2, 4, 5, 6 панели 4, восточных блоках панели 8. В то же время пласт маркирующей глины, особенно в пределах плоского дна мульды (панели 1, 5) разбит многочисленными трещинами и будинажными отрывами различной ориентировки на блоки («будины») размером 1 - 2 м до 10 – 15 м. Растяжение вблизи днища мульды достигает 20 %.
Из других тектонических особенностей участка следует отметить наличие открытых природных трещин в толще солей, вскрытых горными выработками рудника в пределах панелей 1, 2, 3, 4, 6, 8. По генетическим особенностям эти трещины можно разделить на два типа: первого (I) и второго (II).
Трещины первого типа группируются в зоны длиной до 1 км и более, шириной 200-400 м (панели 3, 4, 6, 8). Трещины внутрипластовые, развиты преимущественно в пласте Б, реже в пласте Б - В. Длина трещин от нескольких дециметров до первых десятков метров по простиранию и 0.2 – 1.5 м по вертикали, раскрытие 0.5 – 15 см. По разрезу трещины не распространяются выше нижних слоев пласта В.
Генетически эти трещины относятся к трещинам отрыва растяжением при сдвигообразовании. Механизм образования данных трещин заключается в возникновении растягивающих напряжений вследствие повышения внутрипластового давления, благодаря литологическим преобразованиям в соляных породах, которые неизбежно происходят при возрастании температуры и тектонического давления, независимо от характера структурообразования. Однако данный механизм реализуется при отсутствии «сквозного» характера распространения вверх зоны, в противном случае трещины были бы залечены минеральными образованиями. Именно поэтому трещины I типа не отнесены к аномальным особенностям строения и состояния пород ВЗТ, требующим разработки специальных мер охраны.
Одиночные, разобщенные на сотни метров, трещины второго (II) типа вскрыты на панелях 1, 4, 8, имеют протяженность до 140 м, раскрытие 0 - 5 мм, высоту до 14 - 15 м, секут серию пластов (АБ – В). По некоторым из них фиксируются смещения, измеряемые в мм, иногда в первых см, в вертикальном и горизонтальном направлениях, что указывает на сбросо-сдвиговый характер последних. На площадях вскрытия таких трещин необходима реализация мер безопасной подработки ВЗТ.
Надсолевые отложения содержат целый ряд разобщенных водоносных горизонтов, составляющих в целом уфимский (верхнепермский) терригенно-карбонатный водоносный горизонт, который определяет гидрогеологические условия разработки. На площади шахтного поля водоносный комплекс включает подземные воды четвертичных отложений, пестроцветной, терригенно-карбонатной и соляно-мергельной толщ, в той или иной степени изолированных друг от друга относительно водоупорными породами.
Наиболее обводненными являются известняки и мергели терригенно-карбонатной толщи, к которой приурочен основной водоносный горизонт, имеющий региональное распространение. Наиболее высокая проницаемость пород отмечается на бортовых склонах речных долин, где коэффициенты фильтрации достигают от первых литров до 41.87 л /сутки.
Менее обводненными являются верхние горизонты соляно-мергельной толщи; нижняя ее часть с прослоями каменной соли практически безводна. Граница водоупорных пород проходит выше верхнего прослоя каменной соли, который и принимается за кровлю водозащитной толщи Мощность ВЗТ над пластом АБ в пределах шахтного поля изменяется от 50 до 172 м, в пределах планируемых горных работ – 85-170 м. Максимальное количество прослоев каменной соли ВЗТ развито на отрабатываемой площади в пределах панелей 1 и 5, где ее разрез наиболее полный и представлен прослоями каменной соли сильвинит-карналлитовой зоны (ВЗТ1), покровной каменной соли (ВЗТ2), соляно-мергельной толщи (ВЗТ3), включающей прослои каменной соли от 4 до 8 ритмопачек.
В пределах панелей 2, 3, 4, 5, 6, 8 количество ритмопачек в соляно-мергельной толще и прослоев каменной соли в ВЗТ3 сокращается до 1, а на северо-востоке панелей 6 (бл. 12) и 8 (бл. 13, 14) отмечается частично полный разрез ВЗТ (ВЗТ1 + ВЗТ2). Здесь наблюдается выклинивание соляно-мергельной толщи (ВЗТ3), а разрез покровной каменной соли (ВЗТ2) сокращен сверху (гипергенный тип разреза).
Одним из отрицательных факторов в освоении участка является газоносность соляных отложений. Газы содержатся в породах либо в виде микровключений, либо в свободном состоянии в пустотах и разуплотненных породах.
Наибольшее количество газопроявлений при бурении геологоразведочных скважин с поверхности зарегистрировано в нижних пластах сильвинит-карналлитовой зоны (пл. В – пл. Е) с максимумом в пласте В. Большинство газопроявлений приурочено к приосевой части Тверитинской мульды, тяготея к участкам смены литологического состава пластов Б и В, либо к участкам трещиноватости пласта Б.
В сильвинитовой зоне газовыделений встречено значительно меньше, максимум относится к пласту А (2 случая - скв. 252, 231) и пласту КрII (2 случая - скв. 221, 223). C начала эксплуатации рудника при бурении подземных разведочных скважин геологической службой рудника зарегистрировано 34 газопроявления, которые согласно «Спец. мероприятий...» п.10 занесены в «Журнал регистрации газовыделений из геологоразведочных скважин и суфляров». Максимальное количество газопроявлений отмечается при пересечении пластов В (6), АБ (11), КрI - А (5), КрI (4) на площадях развития смешанных солей в пластах В и Б (панели 1, 4, 6).
Последнее газопроявление зарегистрировано в июле 2003 г при бурении подземной геологоразведочной скважины № 572 по пласту В карналлитового состава в западной разведочной выработке под р. Усолка в пределах панели 3.
В пределах отработки 2005 г региональных выбросоопасных зон не установлено. Локальные потенциально выбросоопасные зоны установлены в бл. 3-4 в районе оси панели 8, в пределах предохранительного целика панельных выработок в блоках 1-3, 7-8 и 9-12 панели 1 и в северо-западной части блока 3 панели 3. В пределах предохранительного целика панельных выработок в блоках 7-10 панели 5 по пласту КрII выявлена потенциально выбросоопасная зона, неоконтуренная с севера, в связи с отсутствием геологических данных. На вышеуказанных участках площадей отработки необходимо неукоснительно следовать «Спец. мероприятиям…», обращать особое внимание на признаки и предвестники ГДЯ и, в случае их обнаружения, использовать дистанционное управление комбайновыми комплексами. Потенциально выбросо-опасными считаются зоны вблизи границ пластов Б и В смешанного (сильвинито-карналлитового) состава, а также на участках развития открытых природных трещин.