Инженерно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений
ВВЕДЕНИЕ
Месторождения хромитовых руд Алмаз-Жемчужина, Миллионное, Первомайское и №21 расположены в Хромтауском районе Актюбинской области Республики Казахстан в непосредственной близости от города Хромтау. №21 месторождение расположено в 1,5км южнее города.
Областной центр г.Актюбинск расположен в 90км к западу от Хромтау, а крупный промышленный центр Южного Урала город Орск находится в 130км к северу. Непосредственной близости от города Хромтау находятся месторождения никелевых – пос. Батамшинск и медных руд – рудник «50 лет Октября».
В экономическом отношении район месторождений относится к сельскохозяйственным с развитой горнодобывающей промышленностью на базе вышеперечисленных месторождений. Основными потребителями хромовой руды являются: предприятия АО «ТНК « Казхром» - Актюбинский и Аксуский заводы ферросплавов, часть руды идет на экспорт.
Электроэнергией промышленные предприятия района обеспечиваются от энергосистемы «Актюбэнерго» по высоковольтным линиям передач 110кВ от пос. Батамшинск.
В качестве топлива используется газ, резервом мазут. В восточной части район пересекается газопроводом Бухара-Урал, от чего по ответвлениям питаются город Хромтау и Актюбинск.
С потребителями хромовых руд разрабатываемые месторождения связаны железнодорожной дорогой через станции Донское и Хромтау Западно-Казахстанской железной дороги. С Актюбинском также связан асфальтированным шоссе Самара-Чимкент.
|
|
|
Технической водой город и рудники обеспечиваются из водохранилищ Жарлыбутак и Молосай, питьевой из Донского и Кайрактинского водозабора.
В границах месторождений рельеф ровный. Абсолютные отметки колеблется в пределах +385 - +420м.
Климат района – резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха +4,20 С.
Среднегодовое количество осадков -285мм. Их максимум приходится на летний период.
Устойчивый снежный покров ложится в третьей декаде ноября. Средняя высота снежного покрова достигает 96мм.
Характерной особенностью климата является большое количество ветреных дней. Ветры – чаще западного и северо-западного направления. Среднегодовая скорость - 3,45 м/сек.
В соответствии с проектом «шахта Центральная I очередь. Корректировка проекта (Уралгипроруда, 1987г.) горные работы на шахте «10-летия Независимости Казахстана» ведутся в границах горизонтов -160м ÷ ±0м по рудному телу №1 месторождения «Миллионное» со вскрытыми запасами руды категории В+С1 в объеме 21 млн.т.
Для вскрытия и отработки запасов руды I очереди строительства по проекту в границах горизонтов +240 ÷ -320м с общими запасами 61,2 млн. т пройдены до проектных отметок 3 вертикальных ствола – «Скипо-Клетевой», «Вспомогательный» и «Северно-Вентиляционный», основные горно-капитальные выработки на горизонтах -160м, -80м, ±0м.
|
|
|
Введен в эксплуатацию поверхностный надшахтный комплекс на производительность I очереди строительства 2 млн. тонн руды в год с объектами производственно – технического назначения – вентиляторной, компрессорной, машзалом - подъемных установок (скиповой, клетевой) и другими подсобными помещениями.
На промплощадке I очереди шахты для вскрытия месторождений II очереди, в том числе №21, пройден до отметки -601м (глубина 1007м) ствол «Клетевой». Сооружен башенный копер, производится монтаж многоканатных подъемных машин и оборудования обмена вагонеток.
ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Геологическая характеристика месторождений
В поле шахты имени «10 – летия независимости Казахстана» входят месторождения Алмаз – Жемчужина, Миллионное, Первомайское и № 21.
Месторождение Алмаз – Жемчужина включает в себя порядка 60 рудных тел с балансовыми запасами руд. Длина рудных тел – от 44 до 1750м, ширина – от 40 до 690м, мощность – от 2,7 до 285м, разведанная глубина залегания до 1500м.
Месторождение Миллионное простирается на 1500м при ширине 130 – 260м. На месторождении до глубины 1100 м выявлено два рудных тела №1 и №2 мощностью до 130м и несколько маломощных рудных тел.
|
|
|
Месторождение Первомайское представлено десятью рудными телами и множеством мелких линз. Общая протяженность рудоносной зоны – до 600м при максимальной ширине в плане до 170м. Глубина залегания - до 230м
Рудные тела месторождения № 21 представлены вкрапленниками различной густоты, залегают в дунитовых серпентинитах. Величина рудных тел по мощности колеблется от нескольких метров до нескольких десятков, по простиранию - нескольких до сотен метров. Общее число рудных тел, вошедших в подсчет запасов – 88. По форме рудные тела представляют различного размеры линзы, иногда форма рудных тел приближается к жилообразной и столбообразной. Тектоническими нарушениями рудные тела разбиты на блоки, перемешанные в различных направлениях. Длина рудных тел колеблется от 80 до 280 м, ширина – от 26 до 145м, мощность – от 3,7 до 45 м, глубина залегания – до 350 м.
В этап отработки вовлекаются запасы 10 рудных тел (81а, 81, 8, 89, 90, 90а, 91, 92, 93, 94 и 95) . В этаже отработки горизонтов от +240м до ± 0м. Падение рудных тел под углом от 10 до 300 градусов, как восточное, так и западное. Общее склонение тел южное под углом 100.
|
|
|
На всех месторождениях Южно – Кемпирсайского района природные типы хромовых руд выделяются по текстурным признакам и количеству хромшпинелидов в них, а технологические сорта руд – по содержанию окиси хрома и кремния. Характеристика типов руд приведена в таблице 1.1.
Минеральный состав хромовых руд довольно прост. Руды состоят из хромшпинелидов и минералов цемента, который представлен серпентинитом, оливином и карбонатом. При этом, чем беднее руда, тем больше серпентинитовая составляющая.
Руды с содержанием окиси хрома более 45% не требует обогащения. Они составляют 86,7% запасов месторождений (208013т.т / 240197т.т∙100). Содержание составляет в богатых рудах – 52,3 %, в рядовых – 38,9 % окиси хрома.
Таблица 1.1 - Природные и технологические типы руд
| № п. | Наименование природных типов руд | Содержание, % | сорта руд | примечание | ||
| Хромшпи-нелиды | окись хрома | окись кремния | ||||
| 1 | Сплошные | более 90 | 55-63 | 0-5 | богатые | балансовые |
| 2 | Густовкрапленные | 70-90 | 45-55 | 5-10 | богатые | балансовые |
| 3 | Средневкрапленные | 50-70 | 30-45 | 10-20 | бедные | балансовые |
| 4 | Редковкрапленные | 30-50 | 10-30 | более 20 | убогие | забалансовые |
По месторождению №21 балансовые запасы составляют 5876 т.т, в т.ч. содержанием 45 % - 3472 т.т (59%).
Анализ добычи руд по шахтам «Молодежная» и «10 – летия Независимости Казахстана» показал, что фактический выход богатой руды в товарною составляет:
- по шахте «Молодежная» 45,8 % от погашенных запасов;
- по шахте «10 – летия независимости Казахстана» 60 % от погашенных запасов.
Уменьшение в 2 раза выхода богатой руды в товарную может быть объяснено:
- работой системой с обрушением;
- большим разубоживанием при добыче, составляющим в среднем 17,1%.:
- неселективной добычей, вызванной нарушениями планограммы выпуска руды из блока [11].
Инженерно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений
Площадь горного отвода шахты «10 – летия независимости Казахстана» расположена на всхолмленной равнине, имеющей общий уклон поверхности на юго-запад к долине реки Жарлыбутак. Абсолютные отметки поверхности в пределах месторождений Алмаз – Жемчужина, Первомайское, Миллионное и №21 изменяются в пределах – от 380м до 420м. В результате открытой разработки верхний частей месторождений Миллионное, Алмаз – Жемчужина, № 21 поверхность осложнена техногенными формами рельефа: карьерами «Миллионный», «Объединенный» и «Мирный», глубина которых соответственно составляет 165, 180 и 118м, и отвалами горных пород высотой до 45м.
На поверхности в пределах площади горного отвода залегают глинистые и рыхлообломочные образования:
- четвертичные элювиальные суглинки мощностью до 1,5м;
- палеогеновые отложения (глины с прослоями песка и опоковидного песчаника) мощностью до 19,7м;
- отложения меловой системы (алевриты и алевритистые глины с прослоями песков) мощностью до 21,6м;
- образования мезозойской коры выветривания на серпентинизированных ультраосновных породах и габбро – амфиболитов (структурные глины, деревянистые и щебенистые грунты) мощностью до 40 ÷ 85 м.
Глинистые и рыхлообломочные образования вскрываются только карьерами и шахтными стволами. Породы эти относятся к весьма неустойчивым. При проходке шахтными стволами интервалов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, вероятны осложнения, связанные с водонасыщенностью этих пород. При проходке глинистых пород возможно проявление их текучих свойств – вязкопластичное выдавливание глин мягкопластичной и текучепластичной консистенции в выработку и внезапный прорыв глин текучей консистенции. При проходке рыхлообломочных отложений возможны прорывы плывунов и воды с суффозионным выносом песчано–глинистых частиц. Для предотвращения подобных явлений интервалы возможных осложнений проходить их специальными методами: цементация, замораживания и др. [11].
Рудовмещающий скальный массив на всех месторождениях шахтного поля представлен серпентинизированными ультраосновными породами, которые в южной его части перекрыты толщей габбро амфиболитов. По №21 месторождению не наблюдаются.
Скальный массив шахтного поля характеризуется значительной структурой и механической неоднородностью. В первую очередь это проявляется в его значительной тектонической нарушенности. Интенсивные тектонические подвижки после становления массива обусловили образования мощных зон дробления на границе ультраосновных пород с перекрывающими их габбро – амфиболитами и расчленение массива на крупные тектонические блоки, в пределах которых широко проявлены разрывные нарушения более высоких порядков. Кроме того, проявление серпентинизации ультраосновных пород привело к увеличению объема породы на 10-15 % и возрастанию напряжений в массиве, последствием которых явилось образование различной фоновой трещиноватости и блочности.
По результатам геологоразведочного бурения на месторождении Миллионное выявлено 6 тектонических нарушений, Алмаз – Жемчужина – 3, Первомайское – 3 и №21 - 1. Средняя мощность зон дробления тектонических нарушений составляет: на месторождении Миллионное -1,6м. Алмаз – Жемчужина – 19,5м, Первомайское – 31,9м.
По генетической классификации в массиве месторождений выделяются две основные разновидности трещин: первичные и вторичные.
Наиболее распространены первичные трещины. Они имеют небольшую протяженность (менее 0,1 м) и относительно малую мощность. Такие трещины относятся к тонким (по классификации СНиП 2.02.02-85 – трещины VIII порядка), или к волосным (по терминологии ИГД). Чаще эти трещины присутствуют в пределах структурных блоков. Интенсивность этих трещин очень велика и колеблется в пределах 20-30 шт/м, достигая на отдельных участках 40 шт/м.
Вторичные трещины имеют большую протяженность – в пределах до 10 м и мощность нескольких мм до 10 см. Такие трещины по классификации СниП 2.02.02-85 относятся к мелким и средним (VII и IV порядков). Среднестатистическая интенсивность этих трещин составляет 7шт/м. а зонах тектонических нарушений – 15 - 20шт/м. Среднестатистическая мощность находится в пределах 0,9 - 1,5 см. Как показала практика и лабораторные испытания образцов, вторичные трещины оказывают основное влияние на прочностные и деформационные свойства массива. Эти трещины тяготеют к определенной ориентации и разбивают массив на отдельные структурные блоки. По размеру структурного блока институт ВИОГЕМ выделил пять категорий трещиноватости и на основании уравнения регрессии определил их зависимость от выхода керна разведочных скважин [11].
Таблица 1.2 - Классификация пород по степени трещиноватости
| Категории трещинова-тости пород | Группы пород | Средний Линейный Размер Блока, м | Характеристика керна разведочных скважин | ||
| Удельная трещиноватость (Количество трещин в 1м керна) | Количество раздроблен- ной породы. % | Выход Керна % | |||
| 1 | Практически монолитные | >0,6 | <2 | - | 90-100 |
| 2 | Слаботрещиноватые | 0,25-0,6 | 2-4 | <5 | 60-90 |
| 3 | Среднетрещиноватые | 0,15-0,25 | 4-7 | <25 | 40-60 |
| 4 | Сильнотрещиноватые | 0,07-0,15 | 7-15 | <50 | 15-40 |
| 5 | Раздробленные Породы | <0,05 | 20 | >50 | <15 |
По результатам исследований, проведенных в карьерах ВИОГЕМом, выделено пять основных систем трещин, для каждой из которых дана характеристика морфологии поверхности и материала заполнителя. По результатам статистического анализа геологической документации подземных горных выработок на шахте «10-летия независимости Казахстана» и собственных наблюдений ИГД АН РК отмечено, что на разных участках в среднем присутствует от 3 до 4 пересекающихся систем трещин. Вторичные трещины, в основном, крутопадающие. На углы падения от 60 до 850 приходится 95 % всех трещин.
В 1979-1984 гг. институтом ВИОГЕМ были проведены физика – механические испытания проб скального массива, отобранных в геологоразведочных скважинах. С учетом геологического строения месторождений и результатов испытаний породы и руды были сгруппированы четыре инженерно – геологических комплекса: габбро – амфибалитный, надрудный, рудный и подрудный. Внутри каждого комплекса учитывалась тектоническая нарушенность образца (монолитные, с первичными и вторичными трещинами) и отдельно выделены образцы на контакте инженерно – геологических элементов.
Результаты испытаний показывают, что прочностные свойства трещиноватых образцов и образцов на контактах инженерно – геологических комплексов в 2-5 раз по сравнению с монолитными образцами.
При изучении прочностных свойств на образцах институтом ВИОГЕМ был сделан вывод, что, петрографические особенности являются определяющими только для слаботрещиноватых образцов. По мере увеличения раздробленности характеристики прочностных свойств пород различного состава становятся почти одинаковыми и определяются только свойствами заполнителя трещин. По минералогическому составу заполнителя и его прочности было выделено четыре основных типа заполнителя: кремнисто – карбонатный, талька – слюдистый, серпентиновый с зеркалами скольжения и серпентиновый без зеркал скольжения. Кремнисто – карбонатный заполнитель характерен характерен для пород габбро – амфиболитового комплекса. Заполнитель трещин – материал талька – слюдистого состава (флагопит, хлорит, тальк, хризотил, каолин, серпентин) присутствует в породах почти всех комплексов, однако в подрудном он встречается сравнительно редко. Для него характерно наличие зеркал скольжения и низкие показатели прочности. Серпентиновый заполнитель со следамизеркал скольжения имеет сложный состав (серпентин, серпофит, антигорит и незначительные примеси талька – слюдистого материала) и заполняет трещины пород дунит – перидотитового ряда. Серпентиновый заполнитель по трещинам без зеркал скольжения представлен серпентинитом, оливином и пироксеном, характерен, в основном, для глубинных частей месторождения и имеет достаточно высокие прочностные показатели.
На основании этого сделан вывод, что прочностные свойства пород массива практически не зависят от состава породы, а определяются свойствами материала заполнителя и шероховатостью стенок трещин. Причем насыщение образцов водой ведет к снижению прочности заполнителя трещин на 17-60%, а за счет выветривания – на 10-40%.
В качестве расчетных параметров рекомендуется принимать показатели испытаний образцов с первичными трещинами. В целом для шахтного поля предел прочности на сжатие можно принять равным 60Мпа для пород и 35 Мпа – для руды, предел прочности на растяжение – 6Мпа для породы и 3,5 Мпа для руды.
Средняя плотность руд месторождений, составляет:
- 3,92т/м3 для Миллионного
- 3,87т/м3 для Алмаз-Жемчужина
- 3,66т/м3 для Первомайского
- 3,77т/м3 для № 21.
Средняя плотность для всех месторождений принимается равной - 3,86 т/м3.
Для шахт Донского ГОКа ВИОГЕМом была принята классификация пород по устойчивости. Классификация основана на зависимости устойчивости пород в горных выработках от их крепости и категории трещиноватости.
Рудный массив представлен крепкими кусковатыми (раздробленными) и сыпучими разностями хромовой руды. При этом наблюдается сложная перемещаемость крепких и слабых руд через 5-10м. рудные тела разбиты густой сетью трещин, с большими зонами интенсивного дробления, мощностью 2-10м, а иногда достигает до 40 м. наибольшая раздробленность руд установлена на месторождениях Алмаз – Жемчужина и №21.
Соотношение крепких и рыхлообломочных разностей по месторождению № 21 составляет 62,9% -крепких и 37,1 % - рыхлообломочных. По степени трещиноватости руды относятся к классу пород низкой устойчивости, и требуется крепление горных выработок при проходке по руде.
В целом инженерно – геологические условия разработки месторождений относится к сложным. Еще одним осложняющим фактором отработки месторождений хромовых руд является наличие на них газовых выделений водорода, приуроченных к зонам повышенной трещиноватости и имеющие локальный характер [11].
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1071; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!