Перспективы развития калийной промышленности в Республике Беларусь

1 2 3 4 5 6 7

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

(Солигорский филиал)

Б.И. Петровский

Подземные горные работы

Учебное пособие для студентов

Специальности 1-51 02 01

«Разработка месторождений

Полезных ископаемых)

Солигорск 2019

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….	8

1 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ………………………………………………………………	9

2 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ…………….	11

2.1 Понятие о шахте, шахтном поле, руднике, месторождении полезного ископаемого, полезном ископаемом, залежи полезного ископаемого, пустой породе, пласте……………………………..	11

2.1.1 Классификация полезных ископаемых по физическому состоянию ………………………………..	12

2.2 Понятие о способах добычи полезных ископаемых (подземном, открытом). Их сравнительная характеристика………………………………….	12

2.3 Элементы залегания пласта………………………………………	13

2.4 Классификация угольных пластов и рудных залежей по мощности и углу падения…………………………......	15

2.5 Простое и сложное строение пластов. Полная, полезная и вынимаемая мощность пластов сложного строения………………………………………………….	15

2.6 Классификация геологических запасов полезных ископаемых по назначению………………………………………..	16

2.6.1 Геологические запасы полезного ископаемого по пригодности к промышленному освоению ……………..	17

2.6.2 Геологические запасы полезного ископаемого по степени изученности …………………………………….	17

2.6.3 Геологические запасы полезного ископаемого по готовности к промышленному освоению месторождения ……………………………….....................	17

2.7 Кондиции на полезное ископаемое и порядок их разработки………………………………………………………	18

2.8 Потери и разубоживание полезного ископаемого при добыче…………………………………………………………	19

	Стр.
2.9 Геологическое строение Старобинского месторождения калийных солей. Характеристика калийных пластов (горизонтов)…………………….……….……	19

2.10 Плотность (объемный вес), коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, влажность и газоносность пород Старобинского месторождения..….……	26

3 ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. ПРОХОДКА СТВОЛОВ……………………	27

3.1 Три стадии подземной разработки месторождений……………..	27

3.2 Понятие о стволах, капитальных и подготовительных выработках…………………………………………………………..	27

3.3 Понятие о штольне, квершлаге, штреке …………………………..	28

3.4 Понятие о бремсберге, уклоне, гезенке, шурфе…………………..	28

3.5 Способы вскрытия шахтных полей……………………………….	29

3.6 Схемы вскрытия шахтных полей вертикальными стволами……………………………………………………………..	31

3.6.1 Одногоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов вертикальными стволами с капитальными квершлагами ………………………………	31

3.6.2 Многогоризонтные схемы вскрытия пологих и наклонных пластов вертикальными стволами с горизонтными квершлагами ………………………………	32

3.6.3 Схема вскрытия свиты крутонаклонных и крутых пластов вертикальными стволами с этажными квершлагами ………………………………….	33

3.7 Особенности вскрытия шахтных полей калийных месторождений………………………………………………………	34

3.8 Способы проходки стволов……………………………………….	36

3.9 Способы подготовки калийных пластов к очистной выемке в начальной стадии подготовки. Понятие о горизонте, блоке, крыле………………………………………….	39

3.10 Подготовка калийных пластов к очистной выемке после разделения их на горизонты, блоки или крылья при столбовой и камерной системам разработки………………	40

	Стр.
4 ПРОВЕДЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК…………………………………………………………..	43

4.1 Формы и размеры поперечного сечения горизонтальных горных выработок и порядок их определения при использовании пневмоко- лесного и конвейерного транспорта………………………………	43

4.2 Способы проходки горизонтальных и наклонных горных выработок …………………………………………………..	44

4.3 Крепь горных выработок и требования к ней.……………………	46

4.3.1 Крепь горизонтальных и наклонных выработок ……………………………………………………	46

4.3.2 Крепь вертикальных выработок ……………………………	47

4.3.3 Армирование вертикальных стволов. Типы армирования ………………………………………….	48

4.3.4 Требования к горной крепи ……………………………………	49

4.4 Деревянная крепь горизонтальных и наклонных выработок и ее элементы…………. ………………………………	49

4.5 Материалы для горной крепи: лесные материалы, металл, вяжущие вещества, растворы и бетон…………………..…	50

4.6 Анкерная крепь и ее виды, применяемые на Старобинском месторождении. Режимы нагружения анкерной крепи………………………………………………………	52

4.6.1 Крепь анкерная замковая (КАЗ) ……………………………	54

4.6.2 Крепь анкерная винтовая металлическая (КАМВ) ……….	54

4.6.3 Крепь анкерная винтовая замковая цельная КАВ(ЗЦ) ……………………………………………………….	55

4.7 Проходческий цикл…………………………………………………	57

4.8 Проходческие комбайны с исполнительным органом избирательного и бурового действия, их конструкция и производительность……………………………	58

4.9 Шпуры врубовые, отбойные и оконтуривающие. Основные типы врубов при проведении выработок ……………	64

4.10 Погрузка и доставка руды при буровзрывном и комбайновом способах проведения горизонтальных и наклонных выработок…………………………………………	65

	Стр.
4.11 Способы охраны горных выработок на Старобинском месторождении…………………….………….	68

4.11.1 Способ охраны компенсационными щелями.....................	68

4.11.2 Способ охраны разгружающими выработками.................	69

4.12 Трещиноватость горных пород и ее влияние на устойчивость горных выработок……………………………...	70

4.13 Ремонт горных выработок………………………………………..	71

5 ВЕНТИЛЯЦИЯ ШАХТ И РУДНИКОВ. ПОДЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТ………………………………………...	73

5.1 Способы вентиляции шахт и рудников …….…………………….	73

5.2 Проветривание подземных выработок …….…………………….	74

5.3 Способы проветривания тупиковых выработок вентиляторами местного проветривания (ВМП)………………….	75

5.4 Шахтный и атмосферный воздух. Микроклимат горных выработок………………………………………………….	76

5.5 Метан и его свойства, виды выделения……………………………	78

5.6 Газовый и пылевой режимы в подземных выработках. Установление категории угольных шахт по газу…………………………………………………………	79

5.7 Порядок отнесения соляных рудников к опасным по газу. Дополнительные требования для рудников, опасных по газу……………………………………………………..	83

5.8 Подземный транспорт и его виды…………………………………	85

6 СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ КАЛИЙНЫХ И ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ…………………………….	87

6.1 Классификация систем разработки калийных месторождений ……………………………………………………..	87

6.2 Особенности разработки калийных месторождений……………	88

6.3 Камерная система разработки калийных месторождений с оставлением жестких и податливых целиков и комбайновым способом выемки………………………………………………………………	90

	Стр.
6.4 Комбинированная система разработки Третьего калийного пласта Старобинского месторождения………………	93

6.5 Столбовая система разработки пластовых месторождений…………………………………………………….	95

6.6 Системы разработки пластовых месторождений короткими столбами……………………………………………….	97

6.7 Сплошная система разработки пластовых месторождений……………………………………………………..	99

6.8 Основные направления совершенствования систем разработки на Старобинском месторождении………..…………	101

7 ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ………………………………………………	103

7.1 Способы выемки полезного ископаемого при разработке калийных и пластовых месторождений……………..	103

7.2 Понятие об отбойке руды при очистных работах. Требования к процессам отбойки руды………………………….	104

7.3 Преимущества и недостатки комбайнового способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом………………………………………..	105

7.4 Комплексно-механизированные очистные забои и механизированные комплексы при отработке пластовых месторождений…………………………...……………	106

7.5 Очистные комбайны и механизированные крепи для длинных очистных забоев…………………………………….	108

7.6 Технология очистных работ с применением струговых установок……………………………………………….	119

7.7 Валовая и селективная выемка лавами слоев Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3, 3 Третьего калийного пласта Старобинского месторождения……………………………	120

7.8 Оптимальное соотношение между очистными и подготовительными работами (забоями) в шахте…………………………………………….………………..	124

7.9 Понятие об операции, сущность и содержание основных, вспомогательных и подготовительно- заключительных операций при добыче полезных ископаемых………………………………………………………….	125

	Стр.
7.10 Понятие о производственном процессе. Структура производственных процессов в шахте, в пределах выемочного участка……………………………………………...	126

7.11 Основные требования, предъявляемые к производ- ственным процессам при разработке калийных месторождений…………………………………………………….	127

7.12 Процессы выемки, крепления и управления кровлей при отработке калийных и угольных пластов длинными очистными забоями (лавами)………………………..	128

7.13 Процессы управления качеством рудной массы на калийных рудниках……………………………………………..	130


8 ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ…………………………...	132

8.1 Сдвижение массива пород при очистной выемке пластов лавой……………………………………………………….	132

8.2 Непосредственная и основная кровля. Обрушаемость пород кровли калийных и угольных пластов………………………………………………….	133

8.3 Горное давление в лавах. Основные факторы, влияющие на проявления горного давления в очистных забоях и выработках……………………………………	135

8.4 Динамические проявления горного давления: микроудар, толчок, стреляние пород……………………………..	138

8.5 Особенности проявления горного давления на больших глубинах. Горный удар……………………………….	138

8.6 Меры предупреждения горных ударов……………………………	139

8.7 Сущность управления горным давлением в очистных забоях при разработке калийных месторождений, перечень способов управления………………………………………………………….	140

8.8 Управление кровлей полным обрушением в лавах с механизированной крепью……………………………………..	142

8.9 Газодинамические явления в калийных рудниках………………..	142

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………..	146

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время разработка месторождений полезных ископаемых ведется подземным и открытым способами. С переходом на более глубокие горизонты открытый способ становится все менее выгодным или невозможным из-за необходимости переработки большого объема пород при вскрышных работах. В связи с этим подземная разработка занимает важное место при добыче полезных ископаемых. В Республике Беларусь подземным способом разрабатываются калийные соли на Старобинском месторождении. Так как калийные соли на Старобинском месторождении залегают в виде пластов, то технология и механизация при их добыче не отличаются от пологопадающих угольных пластов. Поэтому в учебно-методическом пособии наряду со Старобинским месторождением много внимания уделено разработке пластовых месторождений.

Подземной разработкой называются горные работы, производимые в массиве горных пород по вскрытию, подготовке и очистной выемке полезного ископаемого, а технологией горных работ называется технологическая схема с проведением и креплением подготовительных выработок, организацией подготовительных и очистных работ с указанием применяемых средств механизации. С учетом данных определений и построено содержание учебно-методического пособия по дисциплине «Подземные горные работы».

В пособии содержится горно-геологическая характеристика месторождений полезных ископаемых. Рассмотрены вопросы вскрытия и подготовки, проведения и поддержания горных выработок, вентиляции шахт и рудников, подземного транспорта на пластовых месторождениях. Описаны системы разработки и технологические схемы ведения очистных работ на калийных рудниках и угольных шахтах. Приведены особенности проявления горного давления при разработке пластовых месторождений длинными очистными забоями. Освещены перспективы развития калийной промышленности в Республике Беларусь.

Цель пособия – углубить и закрепить знания, полученные студентами на предыдущих лекционных и практических занятиях, а также подготовить их для дальнейшего изучения профилирующих дисциплин специальности.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КАЛИЙНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

В настоящее время добыча калийной соли в РБ ведется на Старобинском месторождении, которое включает в себя 4 шахтных поля. Каждое шахтное поле разрабатывается отдельным рудоуправлением (1 РУ, 2 РУ, 3 РУ, 4 РУ), состоящим из рудника и обогатительной фабрики.

До 2002 года на каждом шахтном поле из 4-х разведанных калийных горизонтов (Первый, Второй, Третий, Четвертый) эксплуатировалось только два горизонта – Второй и Третий.

После освоения на месторождении селективной выемки Второго калийного пласта и слоев 2, 2-3, 3 Третьего калийного пласта был введен в эксплуатацию в 2002 году на 1 РУ Первый калийный горизонт, который из-за большого (более 10 %) содержания НО был отнесен к забалансовым и не подлежал разработке. Прогнозируемые промышленные запасы (извлекаемые) горизонта составляют около 80 миллионов тонн. Годовая добыча – 2,5 миллионов тонн. Также в настоящее время ведутся работы по вскрытию Первого калийного горизонта на 3 РУ.

С 2010 года введен в эксплуатацию Краснослободский рудник с проектной мощностью 6 млн.т. руды в год и транспортированием руды по поверхности на обогатительную фабрику 2 РУ. Промышленные запасы рудника оцениваются в 170 млн.т. на Третьем калийном горизонте. Забалансовые запасы на Втором калийном горизонте составляют 94 млн.т. и в настоящее время решается вопрос о вовлечении этого горизонта в отработку. Также в 2016 году осуществлен переход западного разлома на Третьем калийном горизонте этого рудника, что позволит подойти к более богатым запасам калийных солей.

В 2015 году начато вскрытие Четвертого калийного горизонта на 2 РУ.

Вскрытие осуществляется тремя уклонами с Третьего калийного горизонта. В настоящее время один уклон уже пройден до Четвертого калийного горизонта. В марте 2019 года планируется вскрыть горизонт вторым уклоном, а в мае этого же года – третьим уклоном.

Одновременную с подготовкой Четвертого калийного горизонта на шахтном поле 2 РУ начнется вскрытие его горизонтальными подземными выработками на шахтных полях 1 РУ и 3 РУ.

Для поддержания мощности 1 РУ в 2012 году построен Березовский участок на Третьем калийном горизонте шахтного поля 4 РУ с годовой добычей 6,0 миллионов тонн и транспортировкой руды по поверхности на обогатительную фабрику 1 РУ.

Намечено строительство рудников на Нежинском и Доросинском участках Старобинского месторождения. Нежинский участок расположен в Любанском районе и граничит с шахтным полем 4 РУ, а Доросинский участок простирается от д. Погост в направлении д. Гуляево Слуцкого района.

С целью увеличения мощностей ОАО «Беларуськалий» реализуется крупный инвестиционный проект по строительству Петриковского горно-

обогатительного комбината (ГОК) в Гомельской области. В настоящее время осуществляется проходка скипового и клетьевого стволов. По состоянию на 21 декабря 2018 года стволом № 1 (скиповым) вскрыт промышленный горизонт 4-П на глубине 713,7 м. Проектная глубина этого ствола составляет 808 м. Забой ствола № 2 (клетьевого) достиг глубины 678 м при проектной глубине 725 м. Проходка стволов ведется с высокой скоростью, достигающей 80 м/мес.

Начиная с июня 2018 года на горно-обогатительный комбинат поступают большие объемы технологического оборудования, завершить его поставку планируется в марте 2019 года. Затем в кратчайшие сроки будет выполнен монтаж оборудования и произведена его наладка. Запуск комбината запланирован на декабрь 2019 года. Строительство ГОКа ведется в соответствии с графиком, а в определенных моментах – с опережением намеченных планов.

Мощность Петриковского ГОКа составит 1,5 миллиона тонн удобрений в год. Выход на проектные мощности запланирован уже в 2021 году.