Обоснование ресурсосберегающих систем разработки сильвинитовых пластов в зонах влияния дизъюнктивных нарушений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Санковский, Александр Андреевич

• Санковский, Александр Андреевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Санковский, Александр Андреевич

Оглавление

Введение

1 Анализ и обобщение условий отработки Старобинского месторождения калийных солей и шахтного поля Краснослободского рудника ОАО «Беларуськалий»

1.1 Анализ развития мировой калийной промышленности и характеристика ОАО «Беларуськалий»

1.1.1 Характеристика рудной базы

1.2 Геологическая характеристика Старобинского месторождения калийных солей и шахтного поля Краснослободского рудника

1.2.1 Анализ геологических условий шахтного поля Краснослободского рудника

1.2.2 Подробный анализ геологических условий зон массива горных пород, прилегающих к тектоническим (дизъюнктивным) нарушениям

Выводы по первой главе

2 Анализ напряженно-деформированного состояния соленосной толщи в зонах влияния дизъюнктивных нарушений

2.1 Разработка горно-геомеханических моделей для характерных условий отработки запасов

2.2 Выбор методов оценки параметров напряженно-деформированного состояния элементов массива горных пород

2.3 Оценка условий отработки запасов в пределах Третьего калийного горизонта с учетом геотектонического фактора

Выводы по второй главе

3 Обобщение геотехнологических особенностей отработки Третьего калийного горизонта Старобинского месторождения калийных солей

3.1 Анализ горно-технологических условий отработки запасов шахтного поля Краснослободского рудника

3.1.1 Камерные системы разработки

3.1.2 Слоевые схемы отработки длинными очистными забоями с селективной выемкой слоев

3.1.3 Комбинированные системы разработки

3.2 Анализ структуры и динамики потерь на рудниках

ОАО «Беларуськалий»

Выводы по третьей главе

4 Обоснование горно-технологических параметров систем разработки сильвинитовых пластов в приразломных зонах

4.1 Оценка влияния технологических параметров систем разработки в приразломных зонах на напряженно-деформированное состояние пород в зонах влияния дизъюнктивных нарушений

4.2 Варианты управления состоянием массива горных пород в приразломных и разломных зонах

4.3 Разработка рациональных систем разработки в зонах влияния тектонических нарушений

4.4 Разработка рекомендаций по применению рациональных технологических схем отработки

Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование ресурсосберегающих систем разработки сильвинитовых пластов в зонах влияния дизъюнктивных нарушений»

Введение

Актуальность темы исследований. Безопасная отработка месторождений калийных солей требует защиты горных выработок от проникновения в них воды и рассолов из вышележащей водонасыщенной толщи пород. Это достигается выбором таких параметров управления состоянием массива горных при извлечении продуктивных пластов, при котором в верхней части водозащитной толщи (ВЗТ) будет сохраняться необходимая минимальная мощность ненарушенных геологических слоев - предохранительная водозащитная потолочина (ПВП). Особую сложность при обосновании параметров систем разработки вносит наличие в рассматриваемом объеме массива горных пород (МГП) разрывных тектонических нарушений, опасных по условиям нарушения ВЗТ. При этом аварии, связанные с прорывом вод в подземное пространство соляных рудников происходили как непосредственно во время отработки запасов, так и в выработанных пространствах, а также на этапе вскрытия или подготовки запасов.

Низкая степень разведанности геологического строения массива (категории запасов С и В), характерная для всех соляных месторождений, вынуждает на этапе проектирования раскраивать шахтное поле с оставлением целиков у разломов с большим запасом. Так, в условиях Старобинского месторождения размер такого целика составляет 500 м (200 м — разломная зона и 300 м — приразломная зона) с каждой стороны геологического нарушения. В тоже время при ведении подготовительных работ проводится доразведка разломной зоны с уточнением ее границ; размер разломной зоны при этом может снизиться с 200 до 30-50 м. Таким образом, вводятся в отработку значительные, ранее не активные, запасы, отработка которых уже подготовленными участками не всегда представляется возможной. Отработка таких участков на завершающем этапе эксплуатации шахтных полей будет требовать поддержания достаточно большого объема подготовительных выработок, а также может быть осложнена за счет

изменения механического состояния налегающей толщи пород. Также, отработка приразломных участков позволяет снизить негативное влияние выработанных пространств обычных участков за счет формирования так называемых «зон смягчения».

Таким образом, обоснование допустимых параметров технологических схем выемки калийных пластов в зонах влияния дизъюнктивных нарушений необходимо проводить с учетом закономерностей изменения деформационных процессов, происходящих в блочном массиве горных пород.

Существенный вклад в теорию и практику планирования и ведения очистных работ, а также в исследования проблем управления состоянием массива на калийных рудниках сделан учеными и специалистами: Андрейко С.С., Асановым В.А., Баряхом A.A., Дешковским В.Н., Земсковым А.Н., Зубовым В.П., Калугиным П.А., Ковалёвым О.В., Константиновой С.А., Нестеровым М.П., Пермяковым P.C., Проскуряковым Н.М., Поляниной Г.Д., Смычником А.Д., и др. исследователями.

Вместе с тем, недостаточно изученными остаются вопросы отработки сильвинитовых пластов в зонах, прилегающих к разрывным нарушениям и учета влияния закладочных работ на высоту зоны развития водопроводящих трещин.

Цель работы: Разработка методики расчета параметров технологических схем выемки запасов калийных солей, обеспечивающих снижение потерь полезного ископаемого, в зонах влияния разрывных тектонических нарушений большой амплитуды.

Идея работы: Выбор рациональных систем разработки и их параметров при отработке сильвинитовых пластов вблизи разрывных тектонических нарушений, опасных по условиям нарушения водозащитной толщи, необходимо проводить на основе анализа напряженно-деформированного состояния соляного массива и водозащитной толщи.

Основные задачи исследований:

1. Анализ и обобщение характерных горногеологических и технологических параметров отработки калийных горизонтов на Старобинском месторождении.

2. Анализ известных технологий извлечения в осложненных горногеологических условиях и возможности их применения в рассматриваемых условиях.

3. Анализ и выбор методов оценки компонент тензоров напряжений, деформаций и вектора перемещений рассматриваемого массива горных пород.

4. Моделирование полей параметров напряженно-деформированного состояния массива в разломной и приразломной зоне, с учетом обобщенных данных о его структуре и физико-механических свойствах и оценка взаимовлияния применяемых технологических схем и тектонического нарушения.

5. Изучение механизмов влияния горногеомеханических процессов, протекающих в соляном массиве, на параметры технологических схем извлечения запасов в приразломной зоне и выбор критериев безопасности предлагаемых параметров систем разработки.

6. Разработка методики расчета рациональных параметров систем разработки в приразломной зоне на основе полученных результатов.

7. Оценка технико-экономической эффективности извлечения руды в приразломных зонах на Краснослободском руднике ОАО «Беларуськалий».

Научная новизна:

-теоретически обоснована высота зоны распространения водопроводящих трещин с учетом закладки выработанного пространства для различных систем разработки;

- разработан алгоритм выбора рациональных систем разработки в приразломных зонах с учетом параметров закладочных работ при совместном использовании систем разработки длинными столбами и камерных.

Основные защищаемые положения:

1.При определении параметров систем разработки калийных пластов в зонах влияния дизъюнктивных геологических нарушений необходимо учитывать изменения напряженно-деформированного состояния в зонах взаимного влияния разрывного нарушения и очистных работ на всех этапах отработки запасов.

2. Параметры систем разработки при извлечении калийной руды в зонах влияния дизъюнктивных нарушений зависят от размеров несущих элементов и выработанных пространств, а также от характеристик закладочных массивов и напряженно-деформированного состояния вмещающей толщи пород.

3. Использование разработанного алгоритма выбора рациональных технологических схем извлечения запасов в зонах влияния дизъюнктивного геологического нарушения позволяет снизить потери полезного ископаемого и издержки производства.

Методы исследований: анализ и обобщение результатов предшествующих работ в области разработки месторождений минеральных солей, экспериментально-аналитическое моделирование полей параметров напряженно-деформированного состояния исследуемого массива, анализ полученных результатов и качественное сопоставление их с натурными данными о напряженно-деформированном состоянии массива горных пород Старобинского месторождения.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов

подтверждается большим объемом проанализированной информации, корректностью выполненных экспериментально-аналитических исследований и близкой сходимостью их результатов с результатами численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива, качественным соответствием полученных результатов с результатами работ других авторов.

Практическая значимость работы.

• Разработаны рекомендации по определению рациональных параметров камерных систем разработки в приразломных зонах высокоамплитудных дизъюнктивных нарушений.

• Разработаны рекомендации по выбору способов управления состоянием массива горных пород в приразломных и разломных зонах в условиях Краснослободского рудника ОАО «Беларуськалий».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры РМПИ Горного университета (2013-2014

гг.), 53й международной конференции молодых ученых и специалистов на базе Краковской горно-металлургической академии (Польша, 2012 г), межвузовском научно-практическом семинаре «Гидрологические и сейсмические риски (наводнения, землетрясения и цунами — риски затопления и разрушения территорий)» (Санкт-Петербург, 2013 г), 65-й Международный Форум горняков и металлургов на базе ТУ «Фрайбергская горная академия» (Германия, 2014 г).

Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований; выбраны методики проведения исследований; проанализированы геологические и горнотехнологические условия отработки калийных пластов Старобинского месторождения; проведено численное моделирование нестационарных полей параметров напряженно-деформированного состояния массива, выполнен анализ полученных результатов; обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований изложены в трех печатных работах, две из которых опубликованы в журналах перечня ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 156 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 источников, 2 приложения, включает 113 рисунков и 5 таблиц.

1 Анализ и обобщение условий отработки Старобинского месторождения калийных солей и шахтного поля Красиослободского рудника

ОАО «Беларуськалнй»

1.1 Анализ развития мировой калийной промышленности и характеристика ОАО «Беларуськалнй»

Мировой опыт развития горно-химической промышленности показывает, что объемы добычи различных минеральных солей постоянно увеличиваются, несмотря на значительные колебания цен на данное сырье на мировом рынке. Так, например, в конце XX века [10, 11, 23. 91, 95], цены на калийные и магниевые соли значительно колебались, что влекло за собой и изменение объёмов производства. Это было связано, в том числе, с выходом на мировой рынок новых производителей в странах бывшего СССР и борьбой за рынки сбыта. При этом производство солей включает как традиционные, шахтные методы подземной добычи, так и физико-химические методы скважинной добычи. Мощность отрабатываемых пластов (пачек) в рудниках обычно не превышают 5 м, глубины разработки соляных месторождений шахтным способом в среднем составляет порядка 500^-900 м и не превышает 1500 м. Добыча солей ведется в Канаде, России, Белоруссии, Германии, США, Польше, Китае, и многих других странах.

Оценочные мировые запасы калийных солей составляют порядка 40 млрд. тонн, при этом основные запасы залегают в Канаде, России, Беларуси и Германии. Достаточно крупные месторождения располагаются в Израиле и Иордании. Хлористый калий является концентрированным удобрением, которое применяется на любых почвах, и представляет собой белое кристаллическое вещество легко растворимое в воде. Экспертные оценки (данные ООН) показывают, что к 2025 г населенность планеты достигнет 8,6 млрд. человек, а к концу текущего века достигает 11-И2 млрд. Основой продовольственного обеспечения населения планеты должны стать ресурсы мирового океана, а также плодородные земли с повышенной, за счет внесения минеральных удобрений,

урожайностью культур (на фоне сокращения площадей пахотных земель и водных ресурсов).

Таблица 1.1- Динамика мирового производства калийных удобрений, тыс. т

Регион производства 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Америка 11084 12375 12095 10449 13060 14790

Европа 8979 9031 9484 9143 10000 10200

Азия 3825 4090 4375 4436 4300 4280

Канада 9229 10332 10140 8360 11000 13700

Россия 4746 5599г 6270 5780г 6570 6730

Белоруссия 4229 4300 4844 4605 5400 5800

Германия 3563 3626 3664 3620 3700 3780

Израиль 1960 2060 2260 2200 2000 2150

Иордания 1200 1230 1115 1036 1100 ИЗО

США 1100 1300 1200 1200 1200 1150

Китай 665 800г 1000г 1200г 1200г 1350г

Великобритания 621 550 480 480 450 430

Испания 506 553 494 437 450 470

Бразилия 395 383 385 439 410 470

Чили 360 360 370 450 450 490

Украина 60 2 2 1 — ~

Итого 28634 31095 32223 29807 33930 35740

В начале столетия мировые производственные мощности по калийным удобрениям составляли около 37 млн. т в действующем веществе (К20) и, по данным Международной ассоциации удобрений (IFA), на 30 % превышали спрос [23, 40, 92, 95, 98]. В результате мирового кризиса в 2009 году объемы производства сократилось до 19,7 млн. т, но уже в 2010 году вернулись к докризисным показателям в 33,7 млн. т и в настоящее время удерживаются на этом уровне. В течение 1995-2000 гг. спрос на калий на мировых рынках постепенно восстанавливался. Рост мирового потребления калия и относительное равновесие, достигнутое на мировых рынках, привело к возрастанию объемов торговли и мировых цен. Устойчивость рынков подтверждается долговременными крупными торговыми поставками из большинства стран-

экспортеров, особенно из Канады, России и Белоруссии. С 2000 года начали сокращаться резервы производственных мощностей, которые достигали 40% в 90-е годы XX века, практически у всех производителей калийных удобрений. Специалисты IFA прогнозировали, что в 2000—2010 гг. будет происходить ежегодный прирост применения удобрений на 2-ь2,2%, а мировое потребление калийных удобрений составит более 35 млн. тонн в год в пересчете на К20. Несмотря на введение новых производственных мощностей в Канаде, Китае, Израиле и Иордании уже в 2005 году практически 100% всех предприятий работали с полной загрузкой. Согласно данным IFA, мировое потребление калийных удобрений в 1997 году составляло 22,4 млн. тонн К20, а к 2004 году выросло до 27,5 млн. тонн, и в 2008 году составило порядка 35 млн. тонн. При этом самым крупным потребителем калийных удобрений является Азия (37% от мирового потребления). Затем следуют Северная Америка (около 21%), Европа (около 16,6%) и страны СНГ (около 3,5%). По прогнозам, потребление калия в дальнейшем будет возрастать. Китай, Бразилия, Индия и страны Юго-Восточной Азии являются основными импортерами калия. Сбыт калия в Латинской Америке, составляет около 11% мирового потребления. Сбыт в СНГ и Центральной Европе составляет 6% и 3% мирового потребления соответственно. В Западной Европе сбыт калия, составлявший приблизительно 184-23% мирового потребления, остаётся практически постоянным на уровне ~ 5-ьб млн. тонн К20 [95].

Республика Беларусь является одним из крупнейших в мире производителей и экспортеров калийных удобрений. При этом на долю ОАО «Беларуськалий» приходится более 15 процентов мировых производственных мощностей. В объеме мирового экспорта калийных удобрений доля данного предприятия составляет около 16 процентов. Данное акционерное общество включает в себя четыре действующих рудоуправления (РУ), каждое из которых состоит из рудника и обогатительной фабрики, а также два новых рудника - на Березовском и Краснослободском участках месторождения (рисунок 1.1), структурно относящихся к Четвертому и Второму рудоуправлениям соответственно.

Нежинский участок

Кривичски^участок 19,5

ю

- действующие рудники;

- участки, планируемые к отработке;

- вновь построенные рудники;

- конвейерный тракт;

в знаменателе - промышленные запасы сильвинита, млн.т. Рисунок 1.1- План расположения шахтных полей на Старобинском месторождении

Выпускаемые ОАО «Беларуськалий» калийные удобрения экспортируются более чем в 50 стран мира. Основными их потребителями являются Китай, Индия, Бразилия, США, страны Восточной и Западной Европы, СНГ и Балтии. В период с 2000 года предприятие наращивало производство на ряду со значительным ежегодным повышением цен на калийные удобрения: со ~ 110 долларов США в 2000-2001 гг., до -400 долларов США - в 2006-2007 гг. и до 700-Я000 долларов США по различным контрактам к лету 2008 года (рисунок 1.2). В 2001 году предприятием на экспорт отгружено продукции в стоимостном выражении на сумму ~450 млн. долларов США, в 2005 - на сумму ~1 млрд. долларов США, в 2008 - на сумму ~3 млрд. долларов США, а на 2009 год - планировалось довести объемы экспорта до ~5 млрд. долларов США. Однако мировой финансовый кризис стал вносить существенные коррективы в объемы продаж уже в 4 квартале

2008 года, а в 1 квартале 2009 года экспортные поставки сократились в 6 раз. С

2009 по 2015 год объемы экспорта оставались достаточно высокими, но в стоимостном выражении годовые объемы сократились в 2-3 раза (в сопоставлении с 2008 годом), что связано с падением мировых цен с 700 до 250 долларов США (в настоящее время 330 долларов США) за тонну [95]. В тоже время объемы добычи в 2009-2013 годах поддерживались на докризисном уровне (рисунок 1.3). В период 2001-2005 годов отмечено начало роста продаж калийных удобрений, производимых ОАО Беларуськалий» на внутреннем рынке Белоруссии.

«Программа развития республиканского унитарного предприятия «Производственное объединение «Беларуськалий» до 2012 года» [62] предусматривала увеличение объемов производства калийных удобрений до 9,5 млн. тонн в год в натуральном выражении (100% К20). При этом планировался ввод Краснослободского и Березовского рудника, что восполнило бы выбывающие мощности по руде в 1 и 2 РУ. Кроме того, намечалась реализация других проектов, таких, как техническое перевооружение четырех действующих

сильвинитовых обогатительных фабрик и рудников, газификация Второго и Третьего рудоуправлений, строительство шламохранилищ и расширение солеотвалов.

KCl (Spot)

USf 'MT STD Grade

1000 900 800 700 600 500 400 300 £00 100

— FOB v oncouv«

У

0 ..........................I..............................................................................I..........

04 OS 06 07 08 09 10 11 12 13 14

Рисунок 1.2 - Динамика цен на хлористый калий в долларах США на мировом рынке в 2004-2014 гг. [95]

40 000

д 35 000 о

^ 30 000

Ь 25 000 ее

£ 20 000 нв

ю

^ 15 000

1 РУ к Краснослободский руц. ■ 2 РУ ■ 3 РУ ■ 4 РУ ■ Березовский руц.

Рисунок 1.3 - Динамика производства руды в ОАО «Беларуськалий»

Всего на инвестиции в 2006-2012 годах было направлено средств в объеме около 2,0 млрд. долларов США. Основной целыо данной Программы являлось повышение экспортного потенциала ОАО «Беларуськалий» за счет увеличения мощности по производству калийных удобрений до 9 млн. т в год и выпуска конкурентоспособной по качеству и ассортименту продукции. Снижение мировых цен на калий практически не повлияло на реализацию данной программы и в 2014 году в ОАО «Беларуськалий» было добыто более 45 млн. тонн калийной руды.

1.1.1 Характеристика рудной базы

Промышленные запасы калийной руды доведены в ОАО «Беларуськалий» с 1223,1 млн. т в 2005 году до 1538,2 млн. т к 2012 году, что позволило обеспечить все рудоуправления требуемым фронтом очистных забоев, который гарантирует их устойчивую работу. Это особенно актуально для Первого и Второго рудоуправлений, где собственные промышленные запасы калийных руд недостаточны для поддержания проектных производственных мощностей (без учета Краснослободского рудника 2 РУ).

Первое рудоуправление эксплуатируется с 1963 года. На 1 января 2008 г. промышленные (извлекаемые) запасы калийных руд составляли 66,29 млн. тонн, в том числе: Второй калийный горизонт (2 к.г.) - 0,8 млн. т; Третий калийный горизонт (3 к.г.) - 65,49 млн. т.

В связи с тем, что в 2004 году была завершена отработка запасов руды на 2 к.г., недостающие объемы руды частично компенсированы за счет концентрации фронта очистных работ третьего калийного горизонта. Полное выбытие этого горизонта намечается на 2027 год.

Второе рудоуправление эксплуатируется с 1965 года. На 1 января 2008 г. запасы калийных руд (промышленные) составляли 112,88 млн. тонн (2 к.г. -4,59 млн. тонн; 3 к.г. - 108,29 млн. тонн). В связи с доработкой Второго калийного горизонта происходит снижение темпов добычи запасов горизонта (выбытие планировалось в 2015 году). Однако с учетом невозможности размещения

требуемого числа очистных забоев, уже с 2012 года снижается добыча и с Третьего калийного горизонта. Его выбытие намечено в 2036 году.

Поддержание производственной мощности Второго рудоуправления (обеспечение рудой обогатительной фабрики) осуществляется за счет Краснослободского рудника, шахтное поле которого примыкает через ряд тектонических разломов к шахтному полю 2 РУ.

Промплощадка Краснослободского рудника находится в 7 километрах от промышленной площадки 2 РУ. Переработка руды осуществляется на флотационной обогатительной фабрике 2 РУ, а ее доставка - конвейерным транспортом по поверхности. Балансовые запасы 3 к.г. Краснослободского участка составляют порядка 345 млн. т, а промышленные запасы оценены в 200 млн. т. Эксплуатация Краснослободского рудника (производственная мощность 6 млн. т) обеспечит рудой обогатительную фабрику 2 РУ в течение 35 лет.

Третье рудоуправление эксплуатируется с 1969 года. На 1 января 2008 г. промышленные запасы калийных руд составляли 209,21 млн. т (2 к.г. — 85,49 млн. т; 3 к.г. - 123,72 млн. т). Запасы руды 3 РУ позволяют обеспечить поддержание его производственной мощности (9-И 1 млн. т руды в год) до 2021 года. Далее планируется планомерное уменьшение производительности рудника. Полное выбытие 2 к.г. планируется в 2028 году, а полная отработка 3 к.г. - в 2038 году.

Четвертое рудоуправление эксплуатируется с 1977 года. На 1 января 2008 г. промышленные запасы калийных руд составляют 601,11 млн. т (2 к.г. - 179,24 млн. т; 3 к.г. - 425,38 млн. т). Запасы шахтного ноля позволяют в течение 30 лет поддерживать производственную мощность рудника на уровне 10-12 млн. т калийной руды в год.

Как свидетельствует представленный анализ рудоуправления ОАО «Беларуськалий» на ближайшие 15-20 лет практически полностью обеспечены запасами руды. Однако построенные в последние годы два рудника (на Краснослободском и Березовском участках) являются практически

последними резервами на рассматриваемых площадях. При этом геологические условия залегания запасов на этих участках характеризуются сложными горногеологическими условиями. Глубина залегания 3 к.г. на Краснослободском участке в среднем составляет около 600 м, однако наличие разрывных нарушений и меньшая чем на других участках (на 50-И 00 метров) мощность водозащитной толщи могут внести значительные коррективы в параметры очистной выемки калийной руды, особенно в зонах влияния дизъюнктивных нарушений. Глубина залегания 3 к.г. на Березовском руднике меньше на 50-150 м чем на 2 РУ, но в то же время соляная толща имеет более сложное геологическое строение. Незначительное распространение 2 к.г. на Краснослободском и Березовском участках не позволит применять двухгоризонтную отработку шахтных полей на протяжении значительного времени.

В настоящее время ведутся изыскания по доразведке Дарасинского и Нежинского участков месторождения, а также северной части 4 РУ. Это позволит вести стратегическое планирование отработки различных участков месторождения.

Еще одним резервом по обеспечению необходимой протяженности фронта очистных работ (производственной мощности рудников) может являться вовлечение в отработку Первого и Четвертого калийных горизонтов (1 к.г. и 4 к.г.). Меньшее их распространение по площади (в сопоставлении со 2 к.г. и 3 к.г.) не позволяют рассматривать их достаточными для обеспечения необходимой производительности ОАО «Беларуськалий» в целом, но запасы этих горизонтов могут обеспечить работу рудников в течение 40-60 лет с производительностью 6+8 млн. т руды в год. На данный момент, развитие горных работ на этих горизонтах сдерживается рядом объективных факторов.

1.2 Геологическая характеристика Старобинского месторождения калийных солей и шахтного поля Краснослободского рудника

Старобинское месторождение калийных солей занимает площадь около 350 км и расположено в западной части Припятского прогиба на территории Минской области Республики Беларусь. Месторождение было открыто в 1949 г в западной части Шатилковской геологической впадины (район городов Солигорск и Старобин). Калийные горизонты, приурочены к соленосной толще с северовосточным падением пластов (угол падения 1-4 градуса). Обобщенный геологический разрез Старобинского месторождения представлен на рисунке 1.4. На рисунке 1.5 показаны характерные пачки пород, слагающих соленосную толщу месторождения, и осредненные глубины их залегания [17, 30, 42].

В геологическом строении месторождения принимают участие породы кристаллического фундамента докембрийского возраста и осадочный чехол, представленный верхнепротерозойскими, палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими породами.

Пропластки и пласты горных пород слагающих соляную толщу имеют сложный минералогический состав. По преобладающему минералу различают сильвинит, карналлит и галит [17, 30]. Все соляные породы кроме основных минералов содержат также примеси других солей, а также и гипса, глин, доломитов, мергелей и др. Плотность солей изменяется в пределах 1,8*2,4 т/м3 [7, 55]. Предел прочности соляных пород при одноосном сжатии составляет 13-5-41 МПа. Такие соляные породы отнесены к породам средней крепости (и ниже) и обладают существенной вязкостью и пластичностью. Коэффициент крепости соляных пород Старобинского месторождения по Протодьяконову составляет 2-И, породы месторождения являются малоабразивными (в пределах 0,14*7,4 мм износа эталонного резца). Пыль соляных пород инертна с точки зрения воспламенения и не опасна по взрывчатости рудничной атмосферы.

13-г

т т

341 150 /47 № 107 108 ¡09 110 111

21

О

-200--т--600-800 1000] ■1200

1Ю 1163,

1 — кайнозойские отложения; 2 — мезозойские; 3 — надсолевые девонские; 4 — каменноугольные; 5 — верхнефаменская соленосная формация; 6 — калийные горизонты; 7 — разрывы в соленосных отложениях Рисунок 1.4 - Геологический разрез Старобинского месторождения калийных солей [3, 14, 26, 38]

600 -

700

800 -

900

1000 -

1100-

Пачки Литологичес-кая колонка

39

38

30

.щ. щ| |щ —

29

28

27

26

25

24

23

22 ■ШНММММА

21

шшщшщрш

20

19

18 ммммнм

17

■■■■■■■

15 -4 А

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2 г л

1

- каменная соль

- карбонатно-глинистые породы (галопелиты)

- карналлит

- сильвиниты

IV

Рисунок 1.5 - Усредненное строение соленосной толщи Старобинского месторождения

Первый калийный горизонт на Старобинеком месторождении распространен на небольшой площади. Глубина залегания горизонта 364*728 м, мощность калийсодержащей толщи составляет от 3 до 6 м. В разрезе выделены нижний и верхний сильвинитовые пласты (группированием слоев галита и сильвинита) и промежуточный глинисто-галитовый прослой. Мощность нижнего пласта 0,65*1,65 м, верхнего пласта - 0,8*3,01 метра. Содержание КС1 составляет соответственно 23*29% и 21*30%. Оба пласта характеризуются сравнительно высоким содержанием нерастворимого остатка (НО) - от 12 до 29%. Выемка данного горизонта не ведется из-за сравнительно более низкого качества руды в сопоставлении с остальными горизонтами и наименьшей мощностью водозащитной толщи (ВЗТ).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Санковский, Александр Андреевич, 2015 год

Список литературы

1. Агошков М.И. Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. М., Недра, 1993.

2. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра, 1975 - 144 с.

3. Андрейко С.С. и др. Газодинамические явления в калийных рудниках. Генезис, прогноз и управление. Минск, «Вышэйшая школа», 2000, 335с.

4. Андрейко С.С., Блюм М.Ф., Земсков А.Н. Проблемы безопасности горных работ на рудниках ПО «Беларуськалий» в условиях газовыделений и газодинамических явлений. Горный журнал, №11-12 1998 г.

5. Артёмов В.Г., Зальцзейлер О.В. О консолидации закладочных материалов из солевых отходов обогатительных фабрик. Сб. "Технология и безопасность горных работ в калийных рудниках", Пермь, 1985.

6. Баклашев И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. - М.: Недра. 1975.-272 с.

7. Барях A.A., Асанов В.А., Паньков И.Л. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского месторождения: учебное пособие. — Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. - 199 с.

8. Барях A.A., Асанов В.А., Паньков И.Л., Токсаров В.Н., Кирисюк М.А., Изучение масштабного эффекта в соляных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень, выпуск 10. — М.: Изд-во МГГУ, 2010. — С. 141-143.

9. Башура А.Н. Внедрение результатов научных исследований при разработке Старобинского месторождения калийных солей // Наука - народному хозяйству. - Мн.: изд. HAH Беларуси, 2002.-е. 584-593.

10. Блохин C.JT. Обоснование эффективных схем многогоризонтной отработки калийных руд старобинского месторождения // Автореферат дисс. к.т.н. -СПб, 2005-20 с.

11. Бондарев К.А. Разработка технологических схем выемки IV калийного пласта в условиях многогоризонтной отработки старобинского месторождения // Автореферат дисс. к.т.н. - СПб, 2009 - 20 с.

12. Борисов A.A. Механика горных пород и массивов. - М.: Недра, 1980.

13. Бошенятов Е.В. Закономерности сдвижений и деформаций горных пород при большой глубине разработки // Изучение и прогноз сдвижений и деформаций массивов горных пород, гидрогеомеханических процессов при разработке месторождений подземным и открытым способами / Сб.тр. ВНИМИ. -СПб, 1991.

14. Бошенятов Е.В., Гвирцман Б.Я., Гусев В.Н. Оценка максимальных деформаций повторно подрабатываемого массива горных пород. В кн. "Прогноз сдвижений горных пород, деформаций сооружений, устойчивости бортов разрезов при разработке угольных месторождений", тр. ВНИМИ, JL, 1984.

15. Былино JI.B., Вагин В.Б. Высокочастотные сейсмические методы выявления и оконтуривания зон геологических осложнений в подземных условиях Староб1шского калийного месторождения // Разработка калийных месторождений: межвузовский сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. - Пермь, 1984. С. 100-103.

16. Галлагер Р. Метод конечных элементов. М., Недра, 1984.

17. Геология и петрография калийных солей Белоруссии. Минск: Наука и техника, 1969. 367 с

18. Глушихин Ф.П., Кузнецов Г.Н., Шклярский М.Ф. и др. Моделирование в геомеханике. - М.: Недра, 1991.

19. Губанов В.А. Об опорном давлении на Старобинском месторождении калийных солей // Безопасность труда в промышленности. - 1983, №4. - с.57-58.

20. Горбатовская JI.H., Степанов К.А., Чащонок С.И. Последствия сдвижения горных пород и земной поверхности на Солигорских калийных рудниках при отработке пластов лавами // Калийная промышленность СССР и окружающая среда. - Мн.: Наука и техника, 1983. - с. 30-34.

21. Губанов В.А., Щерба В.Я., Поляков A.JT. Исследование механизма обрушения пород кровли на рудниках Старобинского месторождения // Горный журнал. 2004, №8. С.94-96.

22. Дешковский, В.Н. Методы расчета параметров, влияющих на высоту распространения водопроводящих трещин при отработке пологих пластов: автореф. ... дис. канд. техн. наук: 25.00.20 / В.Н. Дешковский; БНТУ. - Минск, 2008.-24 с.

23. Дмитриева Д.М. Повышение эффективности стратегического управления интегрированной калийной компанией: дисс. ... канд. экон. наук: 08.00.05 / Дмитриева Диана Михайловна. - СПб., 2014. - 173 с.

24. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных, россыпных месторождений подземным способом (ПБ-06-111-95). - М.: НПО ОБТ, 1996.

25. Житков Э.Ф., Ногин П.П., Толстиков JI.A., Ватунин В.Г. Результаты натурных наблюдений за деформациями капитальных выработок калийных месторождений // Разработка калийных месторождений: межвузовский сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. - Пермь, 1984. С.39-42.

26. Земсков А.Н., Андрейко С.С. Отечественный и зарубежный опыт борьбы с природными опасностями на горно-химических предприятиях - Минск: БелНИИНТИ - 1988 г. -48 с.

27. Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. - М.: Недра, 1974 г. - 240 с.

28. Зильбершмидт В.Г., Непримеров С.А. Исследование технологической трещиноватости массива междукамерного целика // Разработка калийных месторождений: межвузовский сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. - Пермь, 1984. С.68-70.

29. Зильбершмидт В.Г., Синопальников К.Г., Полянина Г.Д. и др. Технология подземной разработки калийных руд - М., Недра - 1977 г. - 287 с.

30. Иванов A.A. и др. Вопросы геологии соляных месторождений. - Л., ВСЕГЕИ, 1961.

31. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей (технологический регламент) / ВНИИГ. СПб, 2008. 95 с.

32. Инструкция по охране и креплению горных выработок на Старобинском месторождении, Солигорск-Минск, 2010г.

33. Инструкция по применению систем разработки на Старобинском месторождении — Солигорск-Минск — 2010г.

34. Ковалев О.В. Былино Л.В., Ливенский B.C. Особенности безопасной разработки калийных месторождений. - Ми.: Полымя, 1982 г. - 96 с.

35. Ковалев О.В., Лопушняк А.Г., Андреев A.B., Култышева E.H. Напряженно-деформированное состояние пород ВЗТ в условиях применения сплошной системы разработки на калийных рудниках Старобинского месторождения // Сдвижение земной поверхности и толщи на калийных месторождениях. - Л.: 1977. - с. 29-43.

36. Ковалев О.В., Мозер С.П., Тхориков И.Ю., Ковальский Е.Р. Санковский A.A., Алгоритм решения горно-геомеханических задач для условий отработки запасов нижних горизонтов калийных месторождений. «Записки Горного института: современные проблемы геотехнологии, безопасности и геоэкологии» СПб, 2014, т. 207, с. 60-63.

37. Ковальский Е.Р. Обоснование технологических параметров рационального доизвлечения запасов калийных руд Старобинского месторождения из целиков // Автореферат дисс. к.т.н. — СПб, 2006 — 20 с.

38. Константинова С.А., Мисников В.А. Влияние глинистых прослойков на деформирование породного контура выработок Солигорских калийных рудников // Технология подземной разработки калийных месторождений. Межвузовский сборник научных трудов. - Пермь, 1988. С. 15-20.

39. Крауч С., Старфильд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела—М.: Мир, 1987. —328 с.

40. Кудинова О.Н. Минеральный прогноз / О.Н. Кудинова // The Chemical Journal/Химический журнал. - 2013. - №11. - С. 34.

41. Марков В.Е., Нестеров М.П., Непримеров А.Ф. Изменение напряжений в сильвшштовых целиках в зависимости от их возраста и расположения в выработанном пространстве // Напряженное состояние породных массивов.—Новосибирск, 1978.

42. Месторождения калийных солей Беларуси: геология и рациональное недропользование / Под ред. Э.А. Высоцкого и А.Д. Смычника. Мн.: БГУ, 2003.

43. Методические указания по расчету податливых междукамерных целиков на калийных месторождениях / Сост. Нестеров М.П. - Д.: изд-во ВНИИГ, 1982.- 104 с.

44. Методические указания по расчету и применению жестких естественных целиков различного назначения на калийных месторождениях / Сост. Нестеров М.П., Верткова С.К. - Л.: изд-во ВНИИГ, 1972.

45. Мозер С.П. Обоснование рациональных параметров технологии разработки каменной соли на месторождениях купольного типа // Автореферат дисс. к.т.н. - СПб, 2004 - 20 с.

46. Нестеров М.П., Львова A.B. Основные закономерности процесса сдвижения земной поверхности на калийных месторождениях // Горный журнал. 1979, №5. С.52-55.

47. Нестеров М.П., Львова A.B., Степанов К.А. Деформация земной поверхности в зонах полной подработки на калийных месторождениях // Сдвижение земной поверхности и толщи на калийных месторождениях. - Л.: 1977. -с. 29-43.

48. Нестеров М.П., Репина П.И. Исследование развития во времени зон нарушения сплошности покрывающих пород методом конечных элементов // Сдвижение земной поверхности и толщи на калийных месторождениях. - Л.: 1977. -с 29-43.

49. Николаев Ю.Н., Губанов В.А., Ясюкевич А.Г., Пасюк Э.Б. Об охране выработок, проводимых вприсечку к отработанному пространству, в условиях калийных рудников // Разработка калийных месторождений: межвузовский

сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. — Пермь, 1991. С.44-52.

50. Новокшонов, В.Н. Исследование процесса развития техногенных трещин в подрабатываемом массиве горных пород на Старобинском месторождении / В.Н. Новокшонов, А.Ф. Данилова, В.Н. Дешковский, В.Э. Зейтц // Горный журнал. - 2014. - № 2. - С. 19-22.

51. Новокшонов В.Н., Степанов К.А., Чащонок С.И. Опыт подработки горных выработок нижележащими пластами на Старобинском месторождении // Разработка калийных месторождений. Межвузовский сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. — Пермь, 1984. С. 42-44.

52. Ногин П.П., Николаев Ю.Н., Губанов В.А., Журавков М.А. Вопросы поддержания капитальных выработок вводимого в эксплуатацию 1 горизонта Старобинского месторождения // Технология и безопасность разработки калийных месторождений: межвузовский сборник научных трудов / Пермский политехнический институт. - Пермь, 1991. С.21-28.

53. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. - Мн., 1995.-213 с.

54. Пермяков P.C. и др. Возможность применения систем разработки с обрушением кровли на Старобинском месторождении калийных солей // Пути снижения потерь при добыче калийных руд. Труды ВНИИГ. - Д., 1974 - с.59-74.

55. Пермяков P.C., Ковалев О.В., Пинский B.J1. и др. Справочник по разработке соляных месторождений. — М.: Недра, 1986. — 212 с.

56. Пермяков P.C., Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы соли и газа. -Л.:11едра, 1972.

57. Пермяков P.C., Романов B.C., Бельды М.П. Технология добычи солей. -М.: Недра, 1981.

58. Петровский Б.И., Щерба В.Я., Губанов В.А., Поляков А.Л., Зубович B.C. Развитие способов сохранения горных выработок на калийных рудниках // Горный журнал. 2003, №11. С. 16-19.

59. Петровский Б.И., Зубович B.C. Перспективы бесцеликовой выемки калийных пластов на Старобинском месторождении // Горный журнал. 2003, №1. С.31-34.

60. Правила по защите рудников от затопления в условиях Старобинского месторождения калийных солей. Мн.: ОАО «Белгорхимпром», 2006. - 97 с.

61. Правила технической безопасности при разработке подземным способом соляных месторождений Республики Беларусь - Мн: МОУП Слуцкая укрупненная типография, 2006. - 143 с.

62. Программа развития республиканского унитарного предприятия «Производственное объединение «Беларуськалий» до 2012 года. — Мн., 2006. — 147 с.

63. Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы угля и газа в калийных рудниках. - М.: Недра, 1980 - 264 с.

64. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород: Учебник для вузов. М.: Недра, 1991 - 368 с.

65. Проскуряков Н.М., Ливенский B.C., Карташев Ю.М. Реологические свойства горных пород. - М., НИИТЭХИМ, 1974,48 с.

66. Проскуряков Н.М., Пермяков P.C., Черников А.К. Физико-механические свойства соляных пород, Л., Недра, 1973.

67. Прушак В.Я., Петровский Б.И., Ногин П.П., Тухто A.A. Прогнозирование сроков службы горных выработок калийных рудников // Горный журнал, 2004. №8. С.90-94.

68. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М., Недра, 1970.

69. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1975-223 с.

70. Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. М.: Госгортехиздат, 1960. —356 с

71. Санковский A.A., Ковальский Е.Р. Оценка параметров напряженно-деформированного состояния массива в окрестности очистных камер. «Записки

Горного института: современные проблемы геотехнологии, безопасности и геоэкологии» СПб, 2014, т. 207, с. 63-66.

72. Сиренко Ю.Г., Брычков М.Ю., Ковальский Е.Р., Совершенствование селективной выемки мощных калийных пластов при камерной системе разработки. «Записки Горного института: полезные ископаемые России и их освоение» СПб, 2010, т. 186, с. 79-81.

73. Сиренко Ю.Г., БровкоА.В., Санковский A.A., Исследование выбросоопасности соляных пород на основе измерения их объемной усадки при растворении. «Записки Горного института: полезные ископаемые России и их освоение» СПб, 2010, т. 186, с. 75-78.

74. Сиренко Ю.Г., Горшков A.B. Влияние горно-геологических условий разработки на динамику обрушений кровли при слоевой выемке калийных пластов, Записки СПГГИ, том №139, "Подземная разработка пластовых месторождений", С-Пб, 1994г.

75. Смычник А.Д. Охрана горных выработок на глубоких горизонтах калийных рудников Беларуси // Актуальные проблемы горной науки и образования: сборник трудов научно-методической конференции / Санкт-Петербургский государственный горный ин-т. - СПб, 1999. С. 18-22.

76. Смычник А.Д., Зубов В.П., Калугин П.А., Кириенко В.М. Технологические схемы рудников ПО «Беларуськалий»: состояние, проблемы, перспективы совершенствования // Горный журнал. 2003. № 7. с. 45-50.

77. Смычник А.Д., МоревА.Б. Технология и механизация горных работ на калийных рудниках Беларуси: Учеб. пособие - Мн.: УП «Технопринт», 2002 -200 с.

78. Сорокин В.А., Петровский Б.И., Николаев Ю.Н. и др. Слоевая выемка Третьего пласта на Старобинском месторождении // Промышленное освоение Старобинского месторождения калийных солей / Ленинград: ВНИИГ - 1986 г. -С. 4-14.

79. Стаматиу М. Расчет целиков на соляных рудниках - М.: Гос-гортехиздат- 1963 г. - 108 с.

80. Степанов К.А. Угловые параметры сдвижения на Солигорских калийных рудниках // Механика горных пород при разработке месторождений природных солей. - Л.: изд. ВНИИГ, 1974. Вып. 67.

81. Степанов К.А., Николаев Ю.Н., Петровский Б.И. Рациональная схема ведения горных работ с повышенным извлечением калийных солей под охраняемыми объектами // Калийная промышленность СССР и окружающая среда. — Мн.: Наука и техника, 1983.-е. 34-37.

82. Тархов Е.Н., Юдин Р.Э., Яворский Б.Н. Изучение деформирования подрабатываемой соленосной толщи // Безопасность труда в промышленности. 1979. №1. С. 53-55.

83. Технологические схемы очистной выемки калийных пластов Старобинского месторождения столбовой системой разработки. - Солигорск: БФ ВНИИГ, 1984.-23 с.

84. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987-221 с.

85. Фомина В.Д., Лупинович Ю.И., КисликВ.З. К вопросу о трещиноватости калийных горизонтов Старобинского месторождения // Докл. АН БССР. - 1965 г. - т. IX, № 7 - с. 463-467.

86. Шваб Р.Г. Геомеханические процессы при повторной подработке толщи пород в условиях Старобинского месторождения / Р.Г. Шваб, Н.А. Зольников, В.Н. Дешковский, В.Э. Зейтц, Д.В. Барбиков // Горный журнал. - 2012. — № 8. —С. 49-53.

87. Шерман Д.И. К вопросу о напряженном состоянии междукамерных целиков // изв. АН СССР, 1952, №6-7, с.840-857, с.992-1010.

88. Шиман М.И. Предотвращение затопления калийных рудников — М.: Недра - 1992 г. - 176 с.

89. Ягодкин Г.И., Мохначев М.П., Кунтыш М.Ф. Прочность и деформируемость горных пород в процессе их нагружения. — М.: Наука. — 1971. 148 с.

90. Яковлев Н.Е. Геомеханическое обоснование технологических решений но снижению потерь в целиках // Геомеханическое обоснование технологических решений при разработке руд подземным способом, сб. науч.тр. под ред. Курленя М.В. - Новосибирск. -1984. - С.77-83.

91. Cocker M.D., Orris G.J., 2013, World Potash Developments // Proceedings of the 48th Annual Forum on the Geology of Industrial Minerals, Phoenix, Arizona, April 30 - May 4, 2012. Arizona Geological Survey Special Paper #9, Chapter 1, p. 1-16.

92. Environmental Aspects of Phosphate and Potash Mining. First edition. Printed by UNEP and IFA, Paris, December 2001.

93. Hutton D.V. Fundamentals of finite element analysis. - The McGraw-Hill Companies Inc., 2004

94. Jeremic M.L. Rock mechanics in salt mining. - Rotterdam: A.A. Balkema publishers, 1994.

95. KC1 market data // PotashCorp: сайт, 2014. URL: http://www.potashcoф.com/customers/markets/market_data/prices/kcl/ (дата обращения 15.12.2014).

96. Onargan Т., Kucuk К., Deliormanli A., Saydam S., Коса M.Y., (2012). Ground Control for Underground Evaporite Mine in Turkey, Mining Methods, Prof. Turgay Onargan (Ed.)

97. Sankovsky A.A. Geologically complicated zones of the Starobinsky minefield classification according to plausible mining methods // Scientific reports on resource issues. - Freiberg: International University of Resources, 2014. - V. 1. - Pp. 87-89.

98. U.S. Geological Survey, Mineral commodity summaries 2015: U.S. Geological Survey. - 2015. - 196 p.