книги / Разработка калийных месторождений

Рис. 8.15. Схема расположения шахтных полей на Старобинском месторождении калийных солей

Первое Солигорское рудоуправление введено в эксплуатацию в 1963 г.

В2004 г. полностью завершена отработка запасов руды на втором калийном горизонте.

Наиболее значимой мерой по поддержанию мощностей рудоуправления является вовлечение в отработку запасов третьего калийного горизонта Березовского участка, расположенного в южной части шахтного поля Четвертого рудоуправления.

Второе Солигорское рудоуправление начали эксплуатировать с 1965 г.

Всвязи с исчерпанием запасов второго горизонта в настоящее время вводится в эксплуатацию Краснослободский рудник, который обеспечит обогатительную фабрику Второго рудоуправления рудой еще на 35 лет.

Перспективным для Второго рудоуправления является прирезка запасов Кривичского участка Старобинского месторождения.

Третье Солигорское рудоуправление введено в эксплуатацию в 1969 г. После 2015 г. из-за сокращения фронта очистных работ на втором и третьем горизонтах перспективной сырьевой базой могут стать забалансовые запасы калийных руд первого и четвертого горизонтов, а также Дарасинского участка.

221

Четвертое Солигорское рудоуправление, построенное в 1977 г., обеспечено запасами на срок до 30 лет. Однако из-за того, что южная часть шахтного поля Четвертого рудоуправления будет обеспечивать калийной рудой Первое рудоуправление, после 2020 г. возникнет дефицит сырья.

Поддержание объемов добычи руды и выпуска калийных удобрений для ПО «Беларуськалий» потребует строительства нового крупного предприятия, вероятнее всего, на Нежинском участке, который примыкает

свостока к шахтному полю Четвертого рудоуправления.

Вдальнейшем возможна разработка и других участков Старобинского месторождения (Смоловского, Дроздовского, Октябрьского и Любанского), а также Петриковского месторождения.

8.3.2. Технологии разработки Старобинского месторождения калийных солей

Освоение Старобинского месторождения началось с применения камерной системы разработки, которая характеризовалась сравнительно низким содержанием KСl в добываемой руде и большими потерями руды в недрах, достигавшими 68 %. Это потребовало дальнейшего совершенствования систем разработки. Начиная с 1970-х гг. на месторождении применяется столбовая система разработки. За прошедший период разработан, испытан и внедрен ряд технологических схем с валовой и селективной выемкой пластов длинными очистными забоями. Преимуществами систем разработки длинными очистными забоями перед камерными являются более высокая степень извлечения полезного ископаемого (до 95 %) и возможность выемки маломощных пластов с небольшим разубоживанием, недостатком – необходимость крепления призабойного пространства лав и подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ, что ведет к удорожанию добычи руды [1, 10].

Принципиально важным моментом применения столбовых систем разработки на Старобинском калийном месторождении является наличие подрабатываемой толщи с высокими водозащитными свойствами. На месторождении между кровлей верхнего разрабатываемого пласта и нижней отметкой напорных подземных вод расположены соленосная толща мощностью около 100 м и безводные глинисто-мергелистые породы 250– 300 м [11].

222

В условиях Второго калийного пласта Старобинского месторождения, наряду с валовой, нашла применение двухслоевая селективная выемка четырехкомбайновыми лавами (рис. 8.16) [1]. При этом два сильвинитовых

Рис. 8.16. Принципиальная технологическая схема двухслоевой выемки Второго пласта четырехкомбайновыми лавами: 1 – панельный конвейерный штрек; 2, 3, 4 – соответственно конвейерный, вентиляционный, транспортный штреки лавы; 5, 6 – разгружающая и вспомогательные (полевые) выработки; 7 – выработка для складирования породы; 8 – конвейерные сбойки; 9 – рудоспуски

223

слоя отрабатывают двумя спаренными лавами длиной 80–200 м, имеющими общие выемочные штреки – конвейерный, транспортный и вентиляционный. Выемка верхнего сильвинитового слоя ведется с опережением на 4,9–6,5 м по отношению к нижнему.

Межслоевая пачка каменной соли служит непосредственной кровлей нижней лавы. В качестве добычного оборудования используются два гидромеханизированных комплекса, каждый из которых оснащен двумя выемочными комбайнами.

Технологическая схема слоевой выемки нижней промышленной пачки

Третьего калийного пласта представлена на рис. 8.17 [1, 10]. На рис. 8.18, 8.19 показаны очистные забои в ходе подготовительных и очистных работ соответственно.

Согласно этой схеме сначала отрабатывается верхний IV сильвинитовый слой мощностью 1,0–1,3 м, а затем нижние слои II, II–III и III суммарной мощностью 1,9–2,1 м. Подготовительные выработки нижней лавы проводятся под извлеченным ранее IV сильвинитовым слоем. Роль перекрытия от пород, обрушенных в результате опережающей выемки верхнего слоя, выполняет межслоевая пачка каменной соли III–IV, оставляемая в выработанном пространстве. Разрыв во времени выемки IV сильвинитового слоя и слоев II, II–III и III составляет от нескольких месяцев до 10 и более лет.

Разработка Третьего калийного пласта на месторождении осложняется газодинамическими явлениями (ГДЯ), которые имеют место при ведении подготовительных и очистных горных работ.

224

Рис. 8.17. Технологическая схема слоевой выемки нижней промышленной пачки III калийного горизонта с большим опережением очистных работ в слоях (более 400 м) и расположением панельных выработок в надработанном массиве [10]: 1–3 – панельные вентиляционные, конвейерный и транспортный штреки; 4, 5, 7, 9 – транспортный, конвейерный, вентиляционный и разгружающий штреки верхней лавы; 6, 8 – конвейерный и вентиляционный штреки нижней лавы;

10, 11 – вспомогательные выработки для верхней и нижней лав

225

Рис. 8.18. Проходка подготовительных выработок комбайном ПК-8

Рис. 8.19. Отработка сильвинитового пласта лавой

8.4. Разработка калийных месторождений в Германии

8.4.1. Общие сведения

Калийная промышленность в Германии имеет 150-летнюю историю. В г. Стасфурте в 1861 г. начал работать первый завод по производству хлористого калия. Это стало временем зарождения калийной промышленности. В последующие десятилетия были освоены другие бассейны калий-

226

ных солей и основано большое число новых заводов по производству ка-

лия [12].

Немецкие месторождения в отличие от месторождений в других регионах мира имеют ту особенность, что они наряду с калийсодержащими минералами, в частности сильвинитом и карналлитом, содержат также соединения магния, в основном сульфат магния (кизерит). Благодаря этому на немецких предприятиях производятся ценные продукты сельскохозяйственного и промышленного применения, которые в таком многообразии не предлагаются никаким другим производителем калия.

Сегодня калий в Германии добывают на шести рудниках компании K+S Kali GmbH и перерабатывают на семи заводах. Ежегодно на этих рудниках в Германии добывается почти 40 млн т калий- и магнийсодержащих солей, из которых изготовляется около 8 млн т готовой продукции (рис. 8.20).

Рис. 8.20. Расположение калийных рудников Германии

227

Крупнейшим предприятием является калийный рудник Цилитц, где ежегодно добывают около 12 млн т калийной руды.

В настоящее время на предприятиях калийной промышленности Германии работают 7600 человек. С учетом предприятий – поставщиков горного оборудования и по большей части местных предприятий, предоставляющих услуги, более 30 000 рабочих мест в Германии прямо или косвенно связаны с калийной промышленностью.

8.4.2. Горно-геологические условия месторождений калийных солей Германии

Значительная часть Германии, около 50 % территории, подстилается пластами калийных солей. Они залегают преимущественно на глубинах, превышающих 2000 м. Более крупные ареалы распространения калийных солей, в которых возможно проведение горных работ и на которых они действительно ведутся, находятся в юго-западной части – в землях Тюрингия и Саксония-Анхальт. Здесь насчитывается пять бассейнов, три из которых имеют промышленное значение.

Вбассейне Северный Гарц в 1861 г. в районе Стасфурта впервые

вмире появились калийные шахты, разработки которых были прекращены

в1972 г. В 1972–1982 гг. завершены работы по добыче калийной соли

врайоне Стасфурта и бассейне Заале. В настоящее время в этих двух бассейнах разрабатываются только пласты каменной соли. Добыча калийных солей сконцентрирована на шести рудниках в остальных трех бассейнах. В бассейне Кальферде калийную соль начали добывать только в 1973 г.

Цехштейновые соленосные породы вмещают четыре промышленных пласта. Все пласты разрабатываются только в зонах пологого залегания. Геологические, химические и физические характеристики пластов различаются очень сильно. Один и тот же пласт на разных площадях часто имеет различные характеристики.

Калийные пласты классифицируются по факторам [13].

1. Встречаются почти все известные калийные минералы – ангидрид, кизерит и полиминеральные твердые соли, карналлиты и сильвиниты; часто они перемежаются в пределах небольших по протяженности участков, а иногда и в одном очистном забое.

2. Глубина разработки колеблется от 300 до 1200 м. 3. Мощность залежи изменяется от 1,5 до 60 м.

228

4.Угол залегания пластов – от 0 до 27°.

5.Крепость калийных солей (одноосная прочность на сжатие): наименьшая 6,5 МПа (богатые карналлитовые породы), максимальная до 45 МПа (ангидритовая твердая соль).

6.Спектр соленосных пород, различающихся по виду деформации, весьма широк: от сильвинита, показывающего почти пластическую деформацию, до карналлита, который имеет преимущественно упругую реакцию.

7.Наряду с макротектоническими зонами нарушений встречаются обширные площади месторождений, которые в более значительной степени характеризуются нарушенной микротектоникой, прежде всего волнистостью с небольшими амплитудами, складчатостью и иногда значительными колебаниями мощности.

8.На некоторых участках полей в западной части бассейна Южный Гарц-Унструт встречаются газообразные углеводороды, а на значительных площадях полей в бассейне Верра (Тюрингия) углекислый газ, в свободном и связанном с минералами виде, что может быть причиной сильного газовыделения, а также выбросов соли и газа интенсивностью до 100 тыс. т соли.

9.Скопления рассола в кровле или почве пластов (западная часть бассейна Южный Гарц-Унструт) обусловливают на различных участках месторождений повышенную гидрогеологическую опасность, поскольку напластования пород непосредственно в кровле или почве не могут надежно защитить от прорывов воды или рассолов.

Разрабатываемые пласты классифицируют по условиям залегания (рис. 8.21), основываясь на обобщенной оценке вида соли, глубины залегания, мощности пласта, деформационных свойств, микротектоники, газонасыщенности и опасности гидрологических условий на месторождении.

8.4.3. Технологии разработки калийных месторождений Германии

В настоящее время в Германии разрабатываются калийные и соляные месторождения в бассейнах Верра, Южный Гарц и Кальверде (Цилитц). В бассейне Верра разрабатываются пласты Тюрингия и Гессен из первой свиты цехштейна. Между пластами находится пачка каменной соли мощностью около 60 м. Верхний пласт Гессен имеет мощность около

229

Рис. 8.21. Стратиграфические колонки калийных пластов месторождений Германии [13]

230