2843.Разработка калийных месторождений практикум
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
В.А. Соловьев, А.И. Секунцов
РАЗРАБОТКА КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПРАКТИКУМ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2013
УДК 622.235 С60
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Н.И. Алыменко (Горный институт УрО РАН, г. Пермь); д-р техн. наук, профессор С.С. Андрейко (Горный институт УрО РАН, г. Пермь)
Соловьев, В.А.
С60 Разработка калийных месторождений : практикум / В.А. Соловьев, А.И. Секунцов. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-
та, 2013. – 265 c.
ISBN 978-5-398-00963-7
В разделы для самостоятельного изучения включены сведения о Верхнекамском калийном месторождении, рудниках, способах вскрытия, системах разработки и технологиях ведения подготовительных и очистных работ при выемке сильвинитовых и карналлитового пластов.
Для проведения практических занятий и выполнения самостоятельных расчетов представлены материалы о производстве закладочных работ и охране горных выработок в соляных породах, содержащие методики, примеры расчетов и варианты контрольных задач для расчета параметров производства закладочных работ и охраны подготовительных и очистных горных выработок. Также приведены сведения о мировых производителях калийных удобрений.
Предназначено для студентов горных специальностей, изучающих дисциплину «Разработка калийных месторождений».
УДК 622.235
ISBN 978-5-398-00963-7 |
© ПНИПУ, 2013 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие.......................................................................................... |
7 |
1. Геологическая характеристика Верхнекамского месторождения |
|
калийно-магниевых солей.................................................................... |
8 |
1.1. Общие сведения о месторождении................................................ |
8 |
1.2. Стратиграфия и литология.............................................................. |
11 |
1.3. Тектоника ......................................................................................... |
15 |
1.4. Гидрогеология и карст .................................................................... |
21 |
1.5. Газоносность соляных пород центральной части ВКМКС ......... |
23 |
Контрольные вопросы по главе 1.......................................................... |
26 |
2. Общие сведения о калийных рудниках ВКМКС............................. |
28 |
2.1. Вскрытие шахтных полей............................................................... |
28 |
2.2. Способы подготовки шахтных полей............................................ |
30 |
2.3. Рудничный подъем.......................................................................... |
36 |
2.4. Общие сведения о вентиляторных установках............................. |
43 |
2.5. Системы разработки, применяемые при освоении ВКМКС ....... |
52 |
2.6. Технология и механизация очистных работ ................................. |
55 |
2.7. Рудничный транспорт...................................................................... |
59 |
2.8. Проветривание калийных рудников.............................................. |
69 |
Контрольные вопросы по главе 2.......................................................... |
75 |
3. Технологические схемы подготовки и отработки шахтных |
|
полей ВКМКС....................................................................................... |
77 |
3.1. Подготовка и отработка оставшихся запасов шахтного поля |
|
рудника СКРУ-1...................................................................................... |
77 |
3.2. Подготовка и отработка запасов шахтного поля рудника |
|
СКРУ-2..................................................................................................... |
84 |
3.3. Подготовка и отработка запасов шахтного поля СКРУ-3 ........... |
92 |
3.4. Подготовка и отработка запасов шахтного поля БКПРУ-2......... |
97 |
3.5. Подготовка и отработка запасов шахтного поля БКПРУ-4......... |
102 |
3.6. Технология проходки протяженных разведочных |
|
выработок................................................................................................ |
107 |
3.7. Технология проходки камер большого сечения........................... |
111 |
Контрольные вопросы по главе 3.......................................................... |
112 |
4. Технология очистной выемки сильвинитовых и карналлитового |
|
пластов на ВКМКС............................................................................... |
113 |
4.1. Технология очистной выемки сильвинитовых пластов |
|
на руднике СКРУ-1................................................................................. |
113 |
3 |
|
4.2. Технология выемки карналлитового пласта Вк на руднике |
|
СКРУ-1 ..................................................................................................... |
115 |
4.3. Технология отработки сильвинитовых пластов на руднике |
|
СКРУ-2 ..................................................................................................... |
121 |
4.4. Технология выемки сильвинитовых пластов на руднике |
|
СКРУ-3 ..................................................................................................... |
128 |
4.5. Технология выемки сильвинитовых пластов на руднике |
|
БКПРУ-2................................................................................................... |
128 |
4.6. Технология выемки сильвинитовых пластов на руднике |
|
БКПРУ-4................................................................................................... |
134 |
Контрольные вопросы по главе 4 .......................................................... |
137 |
5. Технологические схемы производства закладочных работ |
|
и складирования отходов обогащения на дневной поверхности....... |
138 |
5.1. Технология механической закладки............................................... |
138 |
5.2. Технологические схемы гидрозакладки......................................... |
139 |
5.3. Технологические схемы размещения шлама в рудник................. |
143 |
5.3.1. Общие сведения о шламах..................................................... |
143 |
5.3.2. Технологии размещения шлама............................................ |
145 |
5.4. Технология складирования солеотходов в солеотвал................... |
147 |
5.5. Технология размещения шлама на солеотвале.............................. |
149 |
Контрольные вопросы по главе 5 .......................................................... |
150 |
6. Основы расчета производительности закладочного |
|
оборудования и полноты заполнения выработанного |
|
пространства ........................................................................................ |
151 |
6.1. Приемная способность рудника по закладке отходов.................. |
151 |
Расчетная работа № 1.............................................................................. |
152 |
6.2. Расчет гидрозакладочной установки.............................................. |
152 |
Расчетная работа № 2.............................................................................. |
160 |
6.3. Расчет степени заполнения камер солеотходами.......................... |
160 |
Расчетная работа № 3.............................................................................. |
167 |
6.4. Расчет производительности самоходного вагона при закладке |
|
камер......................................................................................................... |
167 |
Расчетная работа № 4.............................................................................. |
170 |
7. Устойчивость горных выработок.................................................... |
172 |
7.1. Методика оценки времени устойчивого состояния |
|
капитальных и подготовительных выработок...................................... |
172 |
Расчетная работа № 5.............................................................................. |
184 |
7.2. Методика оценки времени устойчивого состояния кровли |
|
очистных выработок ............................................................................... |
185 |
4 |
|
Расчетная работа № 6............................................................................. |
192 |
7.3. Методика оценки времени устойчивого состояния |
|
технологического междупластья при нисходящем порядке |
|
отработки сближенных сильвинитовых пластов................................. |
193 |
Расчетная работа № 7............................................................................. |
198 |
8. Состояние мировой калийной промышленности .......................... |
199 |
8.1. Мировые лидеры по производству калийных удобрений ........... |
199 |
8.2. Разработка калийных солей в Канаде............................................ |
200 |
8.2.1. Общие сведения о Саскачеванском калийном бассейне... |
200 |
8.2.2. Технология разработки калийных месторождений |
|
Канады.............................................................................................. |
204 |
8.2.3. Проветривание калийных рудников Канады...................... |
210 |
8.2.4. Борьба с водопроявлениями на рудниках Канады............. |
211 |
8.2.5. Ведущие Канадские предприятия по добыче |
|
и переработке калийных солей....................................................... |
212 |
8.3. Разработка калийных солей в Белоруссии.................................... |
219 |
8.3.1. Общие сведения..................................................................... |
219 |
8.3.2. Технологии разработки Старобинского месторождения |
|
калийных солей................................................................................ |
222 |
8.4. Разработка калийных месторождений в Германии...................... |
226 |
8.4.1. Общие сведения..................................................................... |
226 |
8.4.2. Горно-геологические условия месторождений |
|
калийных солей Германии.............................................................. |
228 |
8.4.3. Технологии разработки калийных месторождений |
|
Германии.......................................................................................... |
229 |
8.4.4. Технологии взрывных работ на шахтах компании |
|
K+S Kali GmbH ................................................................................ |
235 |
8.4.5. Объединенная шахта «Верра».............................................. |
237 |
8.5. Разработка калийных солей в Великобритании............................ |
238 |
8.5.1. Общие сведения о калийной промышленности |
|
Великобритании............................................................................... |
238 |
8.5.2. Горно-геологические условия Йоркширского |
|
месторождения калийных солей................................................... |
240 |
8.5.3. Технология разработки калийных руд на руднике |
|
«Боулби»........................................................................................... |
241 |
8.6. Разработка калийных солей в Испании......................................... |
244 |
8.6.1. Общие сведения о калийных месторождениях Испании.... |
244 |
8.6.2. Технологии разработки калийных месторождений |
|
Испании............................................................................................ |
246 |
8.7. Разработка калийных месторождений в США ............................. |
246 |
5 |
|
8.8. Разработка калийных солей во Франции....................................... |
249 |
8.9. Перспективы разработки новых участков месторождений |
|
калийных солей ....................................................................................... |
251 |
8.9.1. Разработка новых участков в Канаде................................... |
252 |
8.9.2. Разработка новых участков в России................................... |
253 |
8.9.3. Разработка месторождений в Бразилии............................... |
255 |
8.9.4. Разработка месторождения в Аргентине............................. |
255 |
8.9.5. Разработка месторождения в Перу....................................... |
255 |
8.9.6. Разработка месторождения в Эритрее ................................. |
255 |
8.9.7. Разработка месторождения в Эфиопии................................ |
256 |
8.9.8. Разработка месторождения в Конго..................................... |
256 |
8.9.9. Разработка новых участков месторождения |
|
в Великобритании............................................................................ |
257 |
8.9.10. Разработка месторождений в Китае................................... |
257 |
8.9.11. Разработка месторождений в Таиланде............................. |
257 |
8.9.12. Разработка месторождения в Узбекистане........................ |
258 |
8.9.13. Добыча калийных солей из Мертвого моря ...................... |
260 |
Контрольные вопросы по главе 8 .......................................................... |
260 |
Список литературы.............................................................................. |
262 |
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
Практикум к курсу «Разработка калийных месторождений» предназначен для проведения практических занятий и самостоятельного изучения горно-геологических особенностей залегания и разработки сильвинитовых
икарналлитовых пластов на Верхнекамском калийном месторождении и месторождениий, разрабатываемых мировыми компаниями. Приводятся сведения о калийных рудниках, способах вскрытия, подготовки, системах разработки и технологии производства горных работ.
Практическая составляющая направлена на углубленное изучение методов расчета параметров технологии производства закладочных работ
иохраны подготовительных и очистных выработок и междупластий в соляных и соленосных породах. Приведенные в пособии методики расчета параметров производства горных работ являются учебными.
При выполнении расчетов устойчивости горных выработок для конкретных горных предприятий следует пользоваться действующими регламентами для проведения и крепления горных выработок для данного предприятия.
В основу настоящего издания положены материалы, изложенные в «Методическом руководстве по ведению горных работ на рудниках ОАО «Сильвинит» (Отв. редактор В.А. Соловьев. Новосибирск: Наука, 2011, 487 с.) и исследования авторов (глава 8).
Авторы выражают благодарность директору научной части ОАО «Галургия» Д.Н. Алыменко, заведующим научно-исследовательским лабораториями Б.А. Борзаковскому, С.А. Константиновой, Ю.Н. Морошкиной, А.А. Сальникову, начальникам отделов проектной части А.А. Романовскому и М.В. Скопинову за предоставленную возможность использования в данном издании материалов, ранее опубликованных в «Методическом руководстве…».
7
1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ
1.1.Общие сведения о месторождении
Вадминистративном отношении Верхнекамское месторождение ка- лийно-магниевых солей расположено на северо-востоке Пермского края, на территории Красновишерского, Александровского, Добрянского, Соликамского, Усольского районов и территории г. Березники. Географически месторождение находится в бассейне среднего течения р. Камы, в районе Камского водохранилища, в основном на его левобережье.
Верхнекамское месторождение приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Калийная залежь
месторождения прослеживается с севера на юг на 140 км, с запада на восток – на 40 км. Ее площадь составляет около 3,6 тыс. км2. Месторождение делят на три части: северную, центральную и южную.
На месторождении детально разведаны одиннадцать участков. Четыре из них расположены в центральной части месторождения (Соликамский, Ново-Соликамский, Половодовский, Боровский) и семь – в южной (Березниковский, Дурыманский, Балахонцевский, Быгельско-Троицкий, Талиц-
кий, Палашерский, Усть-Яйвинский). Общая площадь детально разведанных участков составляет 1055 км2 (около 29 % площади калийной залежи).
Площадь месторождения разбурена скважинами по сети 4×4 км с некоторым сгущением на участках со сложным геологическим строением. Схема разведанности ВКМКС приведена на рис. 1.1.
Разработка запасов солей Верхнекамского месторождения ведется пятью рудниками: СКРУ-1 (Соликамский и Ново-Соликамский участки), СКРУ-2 (Соликамский и Ново-Соликамский участки), СКРУ-3 (НовоСоликамский участок), БКПРУ-2 (Дурыманский участок) и БКПРУ-4 (Бы- гельско-Троицкий участок).
Еще на четыре участка выданы лицензии с целью разведки и добычи калийно-магниевых солей: Усть-Яйвинский – ОАО «Уралкалий»; Талицкий – ООО «Верхнекамская калийная компания» («Акрон»), Палашерский с частью Балахонцевского участка – ООО «Ковдорский ГОК в Усолье» («Еврохим») и Половодовский – ООО «Камская горная компания» (ОАО «Уралкалий»).
8
Рис. 1.1. Схема разведанности ВКМКС: 1 – граница калийной залежи; участки детальной разведки солей; 2 – эксплуатируемые участки; 3 – участки, переданные для освоения; 4 – резервный участок; 5 – затопленные рудники; 6 – оставшиеся после затопления запасы; 7 – граница подсчета запасов солей категории С2;
8 – скважины
9
На месторождении добываются сильвинитовая и карналлитовая руды. Минеральные удобрения экспортируются в десятки стран мира (92 %), поставляются сельскому хозяйству (2 %) и промышленности (6 %) Российской Федерации. Обогащенный карналлит (магниевые соли) и техническая каменная соль реализуются отечественным потребителям.
По запасам калийных солей Верхнекамское месторождение является одним из крупнейших в мире. Геологические запасы месторождения оцениваются по карналлитовой породе в 96,4 млрд т, по сильвинитам – 113,2 млрд т, по каменной соли – 4,65 трлн т. Геологическая ценность района возрастает за счет наличия в подсолевых породах нефтеносных структур, которые в плане совмещены с калийной залежью и залегают на 1,5– 2,0 км ниже ее подошвы. Начиная с середины 60-х гг. в контуре калийной залежи выявлено около 30 нефтяных месторождений и структур, перспективных на нефть и газ с общими извлекаемыми запасами около 86 млн т.
Впределах ВКМКС имеются месторождения строительных материалов (глины, песка, гравия, щебня) и торфа. В последние годы в солях обнаружены содержания золота и других благородных металлов, представляющих промышленный интерес.
Соляные промыслы на Верхнекамье были известны с ХV в. Первыми солеварами на р. Усолке были новгородские купцы Калиниковы. Соль выпаривалась из концентрированных рассолов, которые содержали примесь калия и магния, придававшие ей горьковатый вкус и красный оттенок. Планомерные поисково-разведочные буровые работы в районе г. Соликамска начались 1925 г. под руководством профессора Пермского университета П.И. Преображенского.
Основная сложность разработки Верхнекамского месторождения калийных солей заключается в обводненности вышележащей над соляным массивом толщи пород, опасности проникновения подземных вод в горные выработки и последующего аварийного затопления рудника. Вследствие сложных гидрогеологических условий и отсутствия надежного водоупора над соляной толщей отработка запасов калийных солей осуществляется
ссоблюдением особых требований.
В1986 г. в результате проникновения надсолевых вод был затоплен рудник Третьего производственного калийного рудоуправления ПО «Уралкалий» с мощностью 8,2 млн т руды в год.
Воктябре 2006 г. на руднике БКПРУ-1 ОАО «Уралкалий» в районе западного участка шахтного поля севернее скважины 17 был обнаружен
10