Организация горной выработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Отчет по практике

Тема: Организация горной выработки

130400.65 - «Горное дело» специализации «Маркшейдерское дело»

Оглавление

1.Общие сведения о предприятии

2. Горно-геологическая характеристика месторождения

3. Вскрытие и подготовка месторождения

4. Проведение горных выработок

5. Системы разработки

6. Рудничный транспорт

7. Шахтный подъем

8. Водоотлив

9. Проветривание

10. Пневматическое хозяйство

11. Электроснабжение шахты

12. Вывод

выработка шахта месторождение бокситовая руда

1.Общие сведения о предприятии

Открытое акционерное общество «Севуралбокситруда» (ОАО «СУБР») - горнодобывающее градообразующее предприятие является основным поставщиком бокситов для производства алюминия в Российской Федерации.

Главными потребителями бокситовой руды являются Богословский (БАЗ г. Краснотурьинск) и Уральский (УАЗ г. Каменск-Уральский) алюминиевые заводы.

Месторождения СУБРа расположены на восточном склоне Северного Урала и занимают центральную часть Североуральского бокситового бассейна, включающую в себя Карпинский и Ивдельский бокситовые районы. Промышленная эксплуатация месторождений СУБРа ведется с 1933 года.

В настоящее время в лицензионный фонд ОАО "Севуралбокситруда" входит четыре крупнейших по запасам месторождения бокситов Североуральского района: Красная Шапочка, Кальинское, Ново-Кальинское и Черемуховское.

Отработка данных месторождений производится подземным способом четырьмя самостоятельными производственными единицами (шахтами): шахта «Красная Шапочка; шахта "Кальинская"; шахта «Ново-Кальинская»; шахта "Черемуховская".

С севера и юга упомянутые месторождения ограничены субширотными тектоническими нарушениями дорудного заложения. Западная граница месторождений «Красная Шапочка», Кальинское и Черемуховское проходит выходу рудной залежи на поверхность. С востока бокситовая залежь на месторождениях Кальинское, Ново-Кальинское, Черемуховское и на участке «Восточная залежь» месторождения «Красная Шапочка» в настоящее время не оконтурена.

Черемуховское месторождение бокситовых руд разрабатывается в сложных горно-геологических условиях. Горные работы ведутся на глубине 700-1000 м и сопровождаются катастрофическими проявлениями горных ударов и периодическими затоплениями отдельных участков и шахт. Разработка бокситовой залежи ведется непосредственно в пределах околорудного водоносного комплекса Д^l₂d.

Балансовые и эксплуатационные запасы месторождения позволяют обеспечить стабильные поставки бокситов потребителям на многие десятилетия, благодаря эксплуатации и непрерывному строительству новых горизонтов и шахт.

Основной маркой товарного боксита является боксит марки ГБ-1.

Товарный боксит формируется преимущественно от подземной добычи по специальной технологии на шихтовальном складе по качественным характеристикам и отгружается потребителям. Количество продукции при отгрузке потребителям определяется прямым (весовым) методом.

Работу основного производства обеспечивают вспомогательные и обслуживающие цеха: цех транспорта и шихтовки, центральная ремонтно-механическая мастерская, электротехнический цех, автотракторный цех, ремонтно-строительное управление, узел промышленно-диспетчерской связи и др.

Темой настоящего дипломного проекта является составление проекта гонных и маркшейдерских работ на подготовку и отработку запасов под водоупорными отложениями Д¹₂d группы блоков, находящихся на участке «Южный». А так же расчет деформаций водозащитных отложений и построение зоны водопроводящих трещин с целью безопасной отработки участка.

Месторождение Североуральского бокситового бассейна расположено на восточном склоне Северного Урала и приурочено к центральной увалистой полосе, представляющей собой пологую депрессию, вытянутую в меридиональном направлении и ограниченную с запада и востока возвышенностями.

Административно месторождение относятся к городу Североуральску Свердловской области, который располагается в 500км. от г. Екатеринбурга.

Внешняя железнодорожная связь осуществляется по однопутной электрифицированной тупиковой линии Серов-Покровск-Уральский через станцию Бокситы. К станции Бокситы примыкает железнодорожный путь ОАО “Севуралбокситруда” протяжённостью 30 км.

На западной окраине месторождения расположен крупный благоустроенный поселок Черемухово. Посёлок и шахта “Черемуховская” связаны бетонной дорогой с городом Североуральск, а город Североуральск - асфальтовыми дорогами с городом Екатеринбургом и многими другими городами области. Для выполнения хозяйственных перевозок, а также вывозки породы от горно-капитальных и горно-подготовительных работ в отвал предусмотрен автотранспорт. Рельеф местности представляет собой слаборасчлененную, чуть всхолмленную равнину с абсолютными отметками 205-225 м. Восточнее выхода рудного тела на поверхность местность становится плоской (абс. отм. 195-205 м). Климат района умеренно-континентальный с относительно высокой годовой амплитудой температуры воздуха от -34⁰ до + 35⁰С. Среднегодовая температура воздуха составляет -10⁰С. Самый холодный месяц - январь, его средняя температура - 17,8⁰ ч -18,6⁰ С, самый теплый месяц - июль, со средними температурами +15,8⁰ ч +16,2⁰С. Абсолютный минимум температур воздуха -52⁰ С, абсолютный максимум +35⁰ С. Многолетняя средняя продолжительность безморозного периода 91- 96 дней. Средняя продолжительность периода с устойчивыми морозами 140 дней. Годовая сумма осадков составляет 500мм. Максимум осадков - 70-73мм. выпадает в июле, минимум - 15мм. в феврале. Снежный покров образуется в первой декаде октября и становится устойчивым с начала ноября. Средняя высота снежного покрова не превышает 50см. Максимальная глубина промерзания грунтов до 3м.

Речная сеть района относится к бассейну р. Сосьвы. Главными притоками её на рассматриваемой территории являются р. Вагран, р. Шегультан, р. Калья. Все реки в верхнем течении имеют типичные черты горных артерий - большие уклоны, порожистое русло, узкие долины, отсутствие пойменных отложений. В средней части долины рек расширяются до 100-200м, поймы заболачиваются, уклоны снижаются до 0,0008 ч 0,003. В пределах карстового массива сток рек Вагран и Калья с их притоками осуществляется по железобетонным каналам. Река Сосьва протекает на северном фланге бокситовых месторождений в естественном русле. Питание рек осуществляется, в основном, за счёт талых и дождевых вод. Модули стока равны - для среднего по водности года-5,5л/сек/км², для многоводного года - 15,5л/сек/км², для маловодного - 2,0л/сек/км².

Границы месторождения, в основном, совпадают с зонами крупных тектонических нарушений. На севере Черемуховское месторождение разделяется от Сосьвинского месторождения Северо-Черемуховским и Восточно-Сосьвинским сбросами, а на глубоких горизонтах ограничивается широтой р.л. 26^с, где наблюдается естественное выклинивание рудного тела в северном направлении. Южная граница с Ново-Кальинским месторождением проводится по Южно-Черемуховскому сбросу. Контур отработки не дошел до этих сбросов, т. к. вдоль них оставлены охранные гидрогеологические целики. Западная граница проходит по бывшему выходу рудного тела на поверхность, а с востока бокситовая залежь пока не оконтурена и граница условно проводится по Шегультанскому сбросу. Протяженность месторождения по простиранию рудного тела 9,5 км, по падению 3,5 км.

Эксплуатация Черемуховского месторождения открытым способом производилась в 40-х годах, начало подземной добычи относится к 1945 году. В настоящее время шахта «Черемуховская» ведет отработку месторождения на глубинах 700-1020 м.

2.Горно-геологическая характеристика месторождения

Североуральские бокситовые месторождения являются образцом геосинклинальных бокситов залегающих среди морских карбонатных толщ древнего палеозойского возраста.

Месторождения открыты в 1931 году геологом Н.А.Каржавиным. Они расположены на восточном склоне Северного Урала. Административно территория относится к Североуральскому району Свердловской области.Центром района является город Североуральск.

Североуральский бокситовый бассейн приурочен к плоской меридиональной вытянутой депрессии, ограниченной с запада Предуральской грядой, а с востока полосой увалов, сложенных андезито-базальтовыми и дтабазовыми порфиритами. В геологическом строении месторождений принимают участие образования верхнего силура и девона (Рис.1.2).В бассейне условно выделено пять месторождений (с юга на север): Красная Шапочка, Кальинское, Ново-Кальинское, Черемуховское и Сосьвинское, из которых в настоящее время разрабатываются первые четыре. Отрабатываемые месторождения имеют меридиональное простирание и моноклинальное падение на восток под углом 25 - 30⁰. Все выявленные до настоящего времени площади с промышленным оруденением в Североуральском районе укладываются в сравнительно узкую полосу шириной 2 - 4 км, про слеживающуюся от речки Коноваловки - на юге, до реки Сосьвы - на севере, простирание составляет 30 км.

Геоолгическими границами рудного тела на севере и юге являются места его постепенного выклинивания. Западная граница, ранее совпадавшая с выходом бокситовых залежей на дневную поверхность, в настоящее время на значительном протяжении определяется контурами отработанных участков. Восточная граница оруденения разведочными работами полностью не установлена из-за большой (до 2500 м) глубины залегания бокситов. Исключение составляет месторождение «Красная Шапочка», где оруденение «срезано» региональной тектонической структурой - Крутоложско- Коноваловским надвигом.

Мощность рудной залежи невыдержанная как по падению, так и по простиранию, и колеблется от 0 до 60 м при средней около 5 м

По сложности и устойчивости мощности рудные поля делятся на три типа: непрерывный,

Непрерывно-прерывистый и прерывистый. Первый тип характеризуется непрерывным оруденением с небольшими безрудными участками, площадь которых не превышает 20% залежи.К этому типу относится большая часть месторождения Красная Шапочка (поля шахт 15 - 15 ^бис и 14 - 14^бис).При втором типе оруденения безрудные окна занимают 20 - 30% площади рудного пласта. К этому типу рудных полей относятся часть месторождения Красная Шапочка (шахта16 - 16^бис), Южный и Кедровский участок Черёмуховского месторождения (шахта «Черёмуховская»).Третий тип характеризуется прерывистым оруденением, в котором безрудные зоны занимают более 30% площади и группируются в участки значительных размеров. К третьему типу относятся: Восточная залежь месторождения Красная Шапочка (поле шахты 14-14^бис), Кальинское (шахта «Кальинская»), Ново - Кальинское (шахта «Ново - Кальинская») и Сосьвинское.

Непосредственно покрывающие рудное тело породы - девонские темно-серые битуминозные амфипоровые известняки или черные и серые известково-глинистые сланцы. Мощность этих пород 20 - 70 м, реже 8 - 10 м.Коэффициент крепости по Протодьяконову 8-10 .Контакт рудного тела с покрывающими породами прямолинейный, выдержанный.

Выше по разрезу залегают светло-серые и розовые кристаллические рифогенные известняки мощностью 50 - 300 м.Эти породы фациально замещены темно-серыми тонкослоистыми кремнистыми известняками с прослоями глинистых сланцев.Мощность известняков этой свиты 100 - 300 м.

На месторождении прослежено три основных бокситовых горизонта: субровский, богословский и устькальинский.

Субровский горизонт самый древний и перспективный. Он представлен двухслойным рудным телом. Верхняя часть сложена пестроцветными, пиритизированными, прочными бокситами мощностью до 3 м при средней 0,5 - 0,6 м. Ниже по разрезу, как правило, рас - полагаются красные бокситы: на контакте с почвой залежи располагаются красные маркие бокситы, выше красные немаркие и над ними яшмовидные бокситы. В вертикальном разрезе определённое место занимает только пестроцветный боксит. Мощность разновидностей красных бокситов колеблется в широких пределах от нескольких сантиметров до 22 м. В основном рудное тело представлено одним-двумя, реже тремя типами боксита с частым замещением одной разновидности другой разновидностью. Прочность бокситов изменяется в широких пределах от 7,6 МПа у красного маркого до 80 МПа у пестроцветного.

Богословский горизонт более молодой и менее перспективный. Он расположен в основании живетских отложений в виде линз. Отложения живетского яруса залегают на неровной размытой и закарстованной поверхности светло-серых известняков верхней части Эйфеля. Богословский рудный горизонт перекрывается горизонтом тёмно-серых битуминозных слоистых известняков. Общая мощность живетских отложений достигает 500 м.

Устькальинский горизонт моложе богословского и относится к малоперспективным.

Как было отмечено выше, субровский бокситовый горизонт литологически весьма неоднороден. Выделяют три подгоризонта: рудной брекчии, красных и зеленовато-серых (пестроцветных) бокситов. Рудная брекчия распространена не повсеместно и промыш ленного значения не имеет.

Подгоризонт красных бокситов слагает центральную часть бокситового горизонта и служит основным объектом разработки. Он представлен красными, яшмовидными и плитняковыми бокситами.

Красные, наиболее высокосортные, бокситы слагают около 80% всего рудного гори - зонта. Основным породообразующим минералом в них является диаспор, в небольших количествах встречается бёмит. Минералы, содержащие вредные примеси (кремнекислоту, углекислоту и серу), в этих бокситах содержатся в незначительных количествах.

Красные бокситы обладают монолитной структурой и высокой вязкостью. Ими сложены рудные тела на участках большой и средней мощности. Рудные карманы, как правило, выполнены красным бокситом.

Около 6% рудных залежей представлено яшмовидным бокситом. По качеству он несколько ниже красного из-за повышенного содержания кремнекислоты. Основным породообразующим минералом в нём является бёмит, реже встречается диаспор и каолинит.

Подгоризонт зеленовато-серых (пестроцветных) бокситов залегает на слегка неровной поверхности подгоризонта красных бокситов в виде пласта мощностью 0,2 - 0,4 м, иногда до 1 м и более, и согласно перекрывается эйфельскими отложениями среднего девона. Он слагает около 8% рудных залежей.

Подстилающие залежь породы - петропавловские силуро-девонские светло-розовые, светло-серые, серые, монолитные и трещиноватые рифогенные известняки мощностью от десятков до сотен метров. Рельеф известняков почвы неровный, часто закарстованный, вследствие чего мощность рудного тела колеблется на коротких интервалах от 0 до первых десятков метров. Предел прочности известняков достигает 130 МПа. Нижняя толща подстилающих пород представлена порфиритами, туфопесчаниками с широким пределом изменений физико-механических свойств.

В регионе Североуральских бокситовых месторождений широко развиты дизъюнктивные нарушения с различными амплитудами смещения. Вся площадь месторождений разбита многочисленными дорудными тектоническими нарушениями субширотного или диагонального простирания с амплитудой смещения от 100 до 500 м. Для большинства широтных тектонических нарушений является закономерным опущенность южных блоков по отношению к северным. Многие крупные тектонические нарушения являются естественными границами шахтных полей: Южно-Черёмуховский сброс, Южно-Кальинский сброс и другие. На стадии геолого-разведочных работ выявлено более 240 пострудных тектонических нарушений. При проведении вскрывающих и подготовительных выработок в процессе эксплуатации месторождений выявляется примерно в три раза больше мелких нарушений с амплитудой от нескольких сантиметров до 10 метров. Элементы залегания дизъюнктива изменяются в широких пределах с преобладанием крутых углов падения свыше 60⁰. Тектонические зоны большинства нарушений достигают 20 - 40 м. Нередко они закарстованы и являются хорошими проводниками подземных вод в горные выработки. Часто сейсмическая активность массива горных пород приурочена к районам простирания плоскости того либо другого тектонического нарушения. Такие нарушения относят к разряду активных.

Состав природных бокситов колеблется в широких пределах.Качество бокситов опре - деляется, прежде всего. Содержанием в них окиси алюминия (глинозёма) Al₂O₃ и крем - незёма Si O₂.

Отношение содержаний Al₂O₃ к SiO₂ в боксите, выраженное в процентах, называется модулем. Содержание в руде глинозёма и кремневый модуль являются основным показателем качества боксита. Согласно стандарту бокситы разделяются на сорта (марки).

В основу разделения принят химический состав. Всего выделяется 10 марок.

В конце ХХ века всё возрастающий спрос на алюминиевое сырьё создает трудности в обеспечении глиноземного производства только высококачественными бокситами и вынуждает переходить на использование руды более низкого качества. Если в 1930 году перерабатывались руды с содержанием глинозема не ниже 60%, то в 1950 - руды с содержанием его 50%, а в 1965 году - не ниже 40% глинозёма. У промышленных бокситов кремневый модуль должен быть выше 2. При модуле ниже 5,5 необходимо, чтобы снижение содержания Al₂O₃ происходило за счёт окиси Са, а не других вредных примесей.

В боксите, используемом для производства глинозёма, ограничивается содержание серы: для марок Б - 1; Б - 2; Б - 7; Б - 8 не более 0,7% ; для марок Б - 3; Б - 4; Б - 5 не более 1%

Кроме того в боксите содержание серы не должно превышать: для мартеновского произ - водства 0,2%; для производства глинозёмистого цемента 0,5%.

Генезис месторождения

Гипотеза образования месторождения.

В очень далеком прошлом регион уральских гор был дном мирового океана. Дно океана (будущий контакт руды с лежачим боком)было не ровным - впадины чередовались с поднятыми участками. На дно океана постоянно ложились остатки животного и растительного мира .

Отложение бокситов две теории образования :

Химические соединения нескольких сходящихся растворов и оседающих после реакции на дно.

Размывание горных отложений водой и перенос морскими течениями к месту отложений.

Огромные запасы Североуральского бокситового бассейна и относительно выдержанные палеографические условия формирования рудного горизонта привели к образованию рудных залежей однообразных по строению, минеральному и химическому составу на различных участках бассейна. На всех участках и месторождениях бассейна рудный горизонт отчетливо разделяется на три литолого-стратиграфических подгоризонта (сверху вниз):

1-подгоризонт пестроцветных пиритизированных отчетливо слоистых бокситов, составляющих верхнюю часть горизонта ;

2-подгоризонт преимущественно темно-красных бокситов;

3-подгоризонт бокситово-известняковой брекчии, залегающей в основании рудного пласта.

Промышленное значение имеют первые два подгоризонта.

Бокситы, слагающие подгоризонт пестроцветных бокситов залегают в виде выдержанного слоя на подгоризонте красных бокситов. Там , где последние выклиниваются серые ложатся непосредственно на известняки петропавловской свиты. Кверху серые бокситы постепенно или путем переслаивания переходят в темно - серые известняки и известкого - глинистые сланцы.

Красные бокситы образуют самостоятельный подгоризонт. По внешнему облику это каменистые породы, окрашенные окислами Fe в различные темно-красные тона.

Слоистость выражена слабо или совсем не заметна. По структуре бокситы делятся на конгломератовые, гравилитовые , песчаниковые и нелитоморфные.

Бокситы, слагающие этот подгоризонт представляют собой основную промышленную ценность. Запасы этих руд - 88,2%

В подгоризонте красных бокситов по структуре и цвету выделяют следующие литологические типы руд : маркие, немаркие, яшмовидные , обесцвеченные, порфировидные и бокситы - колчеданы.

Подгоризонт известняково-бокситовой брекчии занимает промежуточное положение между красными и подстилающими светло - серыми известняками петропавловской свиты.

Тектоническое строение месторождения

Промышленный бокситовый пласт Черемуховского месторождения, как и на других месторождениях бассейна, залегает в западном крыле Шегультанской синклинали.

Западное крыло синклинали хорошо прослеживается на геологической карте по закономерной смене пород от древних к более молодым, при четком меридиональном простирании всей полосы силуро-девонских отложений (см. лист 1). В пределах месторождения породы моноклинально падают на восток под углом 25-30⁰. Эта моноклиналь осложнена многочисленными пострудными нарушениями, которые придают структуре рудных полей блоковый характер.

Наиболее существенными элементами тектонического строения являются четыре крупных нарушения: Северо-Черемуховский сброс субширотного простирания, Центрально-Черемуховский и Южно-Черемуховский сбросы диагонального простирания и меридиональный Шегультанский взброс.

Перечисленные нарушения являются дорудными и определяют структуру Черемуховского месторождения:

- Северо-Черемуховский сброс ограничивает месторождений с севера;

- Южно-Черемуховский сброс - является южной границей месторождения.

Контур отработки не дошел до этих сбросов, т. к. вдоль них оставлены охранные гидрогеологические целики.

Центрально-Черемуховский сброс делит месторождение на участки. В настоящее время в структуре рудного поля это нарушение представляется как взброс с приподнятым юго-восточным крылом. Амплитуда нарушения изменяется с 15 м до 100 м (см. лист 2).

По данным разведки выявлены лишь крупные и средние по размерам нарушения, что объясняется редкой разведочной сетью. Оценивая сложность тектонического строения месторождения в общем плане, можно отметить, что наиболее нарушены тектоникой его южный и восточный фланги. Большинство нарушений расположено в восточной части участка на глубине от 1000 до 1600-1700 м.

Производительность предприятия

Проектная мощность шахты "Черемуховская" установлена в размере 650000 тонн в год. Ниже приведен расчёт определения годовой производительности шахты, исходя из горно-геологических, горнотехнических и других условий, а также из величины годового понижения горных работ.

Расчёт произведён по формуле:

А = V * Sг * р * kизв*К1*К2 /1-r, тыс.т/год;

где: А - годовая производительность шахты (расчётная), тыс.т/год;

V - среднегодовое понижение условного горизонта выемки, м/год.

Vк = 12,0 - по «Южному» и «Кедровскому» месторождениям;

Sг - средняя горизонтальная площадь разрабатываемого рудного тела, тыс. м2.

S = L* mгор = 4400*6,05 = 26620 тыс.м2

где: L - средняя длина рудного поля по простиранию, исключая безрудные участки, L=4400м;

mгор - средняя нормальная мощность рудного тела, mгор= 6,05м;

Kизв - коэффициент извлечения руды, зависящий от применяемых систем разработки, kизв = 1-0,17;

- объёмный вес руды, Мн/м3, = 2,85т/м3;

К1 - поправочный коэффициент, зависящий от угла падения рудного тела, при =300 К1=0,8;

К2 - поправочный коэффициент, зависящий от мощности рудного тела, при средней мощности 5-15м К2= 1,0;

1-r - коэффициент, учитывающий разубоживание руды, зависящий от применяемых систем разработки, 1-r = 1-0,07

Ак = V * Sг * р * kизв*К1*К2 /(1-r) =

= (12,0*26620*2,85*(1-0,17)*0,8*1,0) / (1-0,07) = 650 тыс.т/год.

Гидрогеологические условия месторождения характеризуются как сложные в связи с приуроченностью рудной залежи к обводненному массиву закарстованных известняков. С запада и востока рудовмещающие известняки ограничены областями распространения слабопроницаемых некарстующихся отложений вулканогенно-пирокластического состава, представляющих область распространения подземных вод трещинного типа.

Границы ведения горных работ шахты определены геологическими границами месторождения, контурами выклинивания водоупорных пород с1-sD12d, крупными тектоническими нарушениями и проектной глубиной отработки боксита (гор. -1220 м).

По литолого-стратиграфическим признакам гидрогеологическое строение карбонатного массива в районе шахты "Черемуховская" представлено водоносными комплексами: околорудным и верхним.

Околорудный водоносный комплекс

Околорудный водоносный комплекс (подрудный - S²₂ - D₁ и надрудный D¹₂b, D¹₂с горизонты), вмещающий рудную залежь имеет мощность 100 - 500 м. Подземные воды надрудного водоносного горизонта принимают непосредственное участие в обводнении горных выработок в процессе формирования зон сдвижения и гидрогеомеханической разгрузки в подрабатываемом массиве.

Уровни подземных вод под влиянием внутришахтных дренажных мероприятий снижены до отметок - 490 м ч - 580 м. абс.; их снижение происходит вслед за опусканием горных работ.

Величина напоров над очистными выработками составляет 60 - 120 м, над горно-капитальными и горно-подготовительными не превышает 200 - 250м.

Верхний водоносный комплекс

Верхний водоносный комплекс (верхний и северо-восточный водоносные горизонты) носит открытый характер. Мощность водоносного комплекса составляет 200 - 1000 м, увеличиваясь с запада на восток.

Напоры подземных вод над горными выработками составляют 300-800м.

На площади месторождения уровни подземных вод верхнего водоносного комплекса находятся на отметках: минус -20 ч -10 м. абс на южном фланге (СВДУ), плюс +10 ч +15 м. абс (СДУ) на северном фланге. Дренажные узлы отделены от вод околорудного комплекса водоупорными отложениями горизонта с¹ - sD¹₂d, основная мощность которых составляет 200 - 350 м.

Водоупорные отложения горизонта с¹- s D¹₂d присутствуют на основной площади месторождения и достаточно надежно изолируют рудную залежь от подземных вод верхнего водоносного комплекса.

В южной и северной частях месторождения, где водоупорные отложения горизонта с¹- s D¹₂d отсутствуют, образуется единый водоносный комплекс, обводняющий фланги месторождения, на таких участках не исключена вероятность высокодебитных прорывов (3000-4000 м³/час) подземных вод.

Водоносные комплексы на северном фланге месторождения примыкают к р. Сосьве. Интенсивное поглощение реки началось под влиянием разработки месторождения и в настоящее время составляет 9000 - 8500 м³/час.

На площади закарстованных пород формируется основной поток подземных вод, направленный к скважинам дренажных узлов СДУ, СВДУ и горным выработкам шахты. Интенсивность этого потока определяется величиной инфильтрации атмосферных осадков и уровнем водопонижения на дренажных узлах СДУ и СВДУ. Большая часть этого потока поступает и откачивается скважинами дренажных узлов. Суммарная среднегодовая производительность дренажных узлов (СВДУ и СДУ) на северном фланге не превышает 8000 м³/час.

Высокая обводненность горных выработок шахты обусловлена трещиноватостью, закарстованностью рудовмещающих известняков и условиями питания подземных вод.

В структуре формирования водопритоков в горные выработки шахты инфильтрационное питание является преобладающим. Суммарные ресурсы верхнего водоносного комплекса составляют: в средние по водности годы - 1400 м³/час, многоводные - 1800 м³/час, маловодные - 1100 м³/час.

Статические запасы подземных вод водоносных комплексов определяются закарстованностью вмещающих пород, которая с глубиной уменьшается и доля участия подземных вод в обводнении горных выработок сокращается.

Подзона взаимосвязанных карстовых систем, в которой сосредоточены основные запасы подземных вод, распространена в верхнем водоносном комплексе до глубины 400 - 500 м.

В околорудном водоносном комплексе подзона взаимосвязанного карста осушена в процессе ведения горных работ. Подзона локальных карстовых систем распространена до глубины 900 -1000 м и постепенно, и неравномерно переходит в зону трещинных вод.

3. Вскрытие и подготовка месторождения

На данный момент в стадии отработки находятся горизонты -740 м, -830 м по специальному проекту «Вскрытие, дренаж и отработка в условиях остаточных напоров подземных вод III очереди глубоких горизонтов с отметки -620 м», выполненному институтом «Гипроникель» в 1991 году.

Вскрытие и отработка этих горизонтов осуществляется по ступенчатой схеме слепыми уклонами с базового горизонта -430 м:

Породно-материальным уклоном (ПМУ)

Северным рудным уклоном (СРУ)

Южным рудным уклоном (ЮРУ)

Уклоном, оборудованным моноканатной дорогой кресельной (МДК)

Наклонным стволом № 8^бис-2.

Выше горизонта -430 м. подключены существующие вертикальный скиповой ствол № 10 ^бис для выдачи горной массы с гор. -430 м на поверхность и вспомогательный ствол № 9 ^бис для спуска людей. материалов. оборудования на горизонт -430 м.

Вскрытие и отработка горизонтов ниже отметки -830 м, начиная с горизонта -920 м до горизонта -1280 м, будет осуществляться по разработанному в настоящее время институтом «СУБР-проект» ТЭО (проекту) «Шахта «Черемуховская».Вскрытие, дренаж и отработка IV очереди глубоких горизонтов с отметки -830 м».

Основные вскрывающие выработки

В состав основных вскрывающих горно-капитальных выработок шахты входят:

1. Вертикальный скипо-клетевой ствол (СКС), пройденный с поверхности до отметки -1330 м (абс.). Ствол служит для выдачи руды и породы с горизонтов на поверхность, спуска-подъема людей, материалов, оборудования, а также подачи свежего воздуха в шахту. В настоящее время поставлен на консервацию из-за отсутствия финансирования.

2. Вертикальный южный вентиляционный ствол (ЮВС), пройденный с поверхности до отметки -825,0 м, служащий для выдачи отработанного воздуха на южном фланге шахтного поля.

3. Существующие наклонные стволы № 8^бис с поверхности до горизонта -620 м и № 8^бис-2 с горизонта -620 м до горизонта -1220 м, углубляемый с горизонта -830 м до горизонта -1220 м. Стволы служат в качестве ступенчатого механизированного запасного выхода для людей на поверхность и для спуска крупногабаритного оборудования в шахту.

4. Существующий вертикальный ствол № 10^бис, служащий для выдачи горной массы с гор. - 430 м на поверхность. Имеет диаметр в свету 5,0 м, вчерне 6,5 м. Крепление - сборные железобетонные и чугунные тюбинги. Ствол оборудован двухскиповым рудным подъемом (емкость скипа 15 м³). Кроме того ствол оборудован лестничным отделением.

5. Существующий вертикальный ствол № 9^бис, служащий для спуска людей, материалов и оборудования на гор. - 430 м. Имеет диаметр в свету 6,5 м и вчерне 7,1 м. Крепление ствола бетонное. Ствол оборудован клетевым вспомогательным подъемом с противовесом (размер пола клети 4500*1500). Ствол так же оборудован двухскиповым рудным подъемом (емкость скипа 3,2 м³). Кроме того, ствол оборудован лестничным, труч2бным и кабельным отделением.

4. Существующий наклонный ствол № 9^бис-2 с горизонта -430 м до горизонта -1220 м, углубляемый с гор. -830 м до гор. -1220 м. Ствол служит для строительства горизонтов -920 м, -980 м, а также в качестве ступенчатого механизированного выхода для людей совместно с вертикальным стволом № 9^бис и для выдачи отработанного воздуха совместно с наклонным стволом № 9 ^н в центре шахтного поля.

5. Северный наклонный вентиляционный ствол (СНВС) с поверхности до горизонта -1220м для выдачи отработанного воздуха на северном фланге шахтного поля.

Горно-подготовительные работы

На основании исходных горно-геологических данных по залеганию рудного тела выбран этажный способ подготовки шахтного поля. Высота этажа до гор. -740 - 60 м,

Способ подготовки горизонта зависит от мощности и угла падения рудного тела, физико-механических свойств руды и вмещающих пород, порядка очистной выемки в этаже, доставки и погрузки руды в блоке, условий транспортирования руды на откаточном горизонте. На основании многолетнего опыта и вышеперечисленных условий применяется полевая подготовка рудного тела с тупиковыми ортами.

Горно-подготовительные работы при подготовке блока на переносное скреперное оборудование включают проходку следующих выработок: полевого откаточного штрека по известнякам лежачего бока; орт-заезда; блокового рудного восстающего на контакте рудного пласта с породами висячего бока до сбойки с орт-заездом вентиляционного горизонта; полевого блокового восстающего в известняках лежачего бока на расстоянии 10-15 метров от контакта рудного тела с подстилающими известняками; рудоспусков, соединяющих орт-заезд откаточного горизонта с рудным блоковым восстающим; ходков для запасных выходов и вентиляции из полевого блокового восстающего до сбойки с рудным блоковым восстающим на расстоянии друг от друга по вертикали не более 30 метров.

При отработке рудных тел этажно-камерной системой разработки и камерно-столбовой в две стадии (выпуск целиков и почвенных запасов) проходятся дополнительно выработки горизонта выпуска: доставочные (скреперные) штрека (орта, заезды под выпускные дучки); вентиляционные ходки; выпускные дучки (траншеи).

В одновременной работе по добыче руды находятся 2-3 горизонта. Средняя годовая производительность одного горизонта, включая периоды нарастания добычи, полного развития и затухания составляет 800 тыс.т.

Нарезные работы

Нарезные работы включают проведение: панельных или слоевых штреков; разрезных выработок; заездов к рудному телу (рудная часть); отрезных восстающих (рудная часть); вентиляционно-буровых штреков; вентиляционных сбоек между ними; вентиляционных ходков (рудная часть); рудных буро-доставочных штреков; рудных вентиляционных штреков.

Рудные буро-доставочные штреки проходятся с заездов к рудному телу.

Проходка рудных вентиляционных штреков осуществляется из рудного восстающего.

Очередность их проведения определяется порядком ведения очистных работ в блоке.

4.Проведение горных выработок

Формирование комплексов применяемого оборудования и инструмента осуществляется с учётом горно-геологических, гидрогеологических и горнотехнических условий, применяемой системы разработки, её элементов и особенностей, плановой производительности участка (выемочной единицы), параметров буровзрывных работ, дальности доставки горной массы, оборудования и материалов, условий проветривания блока (выемочной единицы), запасных выходов и др.

Значение показателей, используемых при выборе вариантов механизации, зависит от большого числа факторов: естественных, технических, экономических и организационных.

К естественным факторам относятся: крепость и устойчивость руды и вмещающих пород, мощность и угол падения рудного тела, запасы, глубина отработки, ценность руды.

К техническим факторам относятся: параметры оборудования, параметры систем разработки, запасы руды в выемочных единицах, производительность рудника, нормативные скорости проведения выработок, расход трудовых, материальных и энергетических ресурсов на единицу работы.

К экономическим факторам относятся: стоимость оборудования, материалов, энергии, рабочей силы, нормативные коэффициенты сравнительной эффективности и рентабельности капитальных вложений.

К организационным факторам относятся: формы и методы организации труда, режим работы оборудования, порядок выполнения технологических процессов. Факторы, влияющие на отбор оборудования, условно можно разделить на постоянные и временные, которые выступают как ограничения в определенных условиях. К постоянным факторам относим крепость руды, конструктивные параметры и особенности системы разработки, размер кондиционного куска руды. Крепость руды предопределяет выбор способа бурения. Конструктивные параметры и особенности системы разработки регламентируют способ отбойки, глубину скважин, условия погрузки и доставки. Размер кондиционного куска руды ограничивает применение погрузочных и доставочных средств.

Дальнейший отбор оборудования ведется с учетом переменных факторов, к которым относятся устойчивость руды и вмещающих пород, мощность рудного тела, производительность выемочной единицы. Здесь определяются допустимые типоразмеры оборудования, исходя из максимально возможных размеров выработок по условию их крепления и поддержания с использованием функциональных зависимостей производительности от параметров оборудования.

На «Черемуховской» шахте используются следующие комплексы самоходного погрузочно-доставочного и переносного скреперного оборудования, самоходного бурового и переносного оборудования, а также оборудование, предназначенное для проветривания выработок, зарядки взрывных скважин и другое, необходимое для выполнения всех технологических операций:

1. Погрузочно-доставочные работы: погрузочные механизмы: 2ПНБ-2, ПНБ-3Д, ППН-1с; скреперные лебёдки: 2ЛСЭ-17С, 2ЛСЭ-30С, 3ЛСЭ-30С, 2ЛСЭ-55С, 3ЛСЭ-55С, 2ЛСЭ-100С; скреперы ёмкостью: 0,3 м3; 0,5 м3; 1,0м3; тяговые лебёдки: ЛПП-5,10, ЛПК-5.

2. Буровые работы: буровые станки НКР-100М; перфораторы - ПП-63В, ПТ-48 (телескопный); пневмонагнетатели - ПН-1.

3. Заряжание скважин: зарядные установки - ЗМК-1м.

4. Дробление негабаритов: отбойные молотки - МО-1.

5. Проходческие комплексы: КПВ-4, КПН-4А, комбайн 2КВ-А, буровая установка УБШ-221, погрузчик КС-3.

6. Канаво-очистительная установка ПКУ-1А, ПКШ.

7. Канатно-кресельная дорога (МДК).

8. Бетоноукладчик ПБУ-0,5.

9. Торкретпушка БМ-68 (72).

Вышеназванные комплексы оборудования и их характеристики соответствуют ГОСТ 20769-75 и ОСТ 24.087.01.

Общая организация работ

Распорядок работы предусматривает непрерывную работу неделю с двумя общими выходными днями. Рабочая неделя составляет 36 часов (для подземных рабочих) .Продолжительность рабочей смены 7.2 часа с одночасовым межсменным перерывом. Рабочие вспомогательных цехов и служб на поверхности работают по 8,2 часа при 41-часовой неделе. Машинисты подъемов, сигналисты, дежурные электромонтеры и слесари, работники склада ВМ работают по скользящему графику.

Число рабочих дней в году составит 251день

Количество рабочих дней в среднем за месяц - 21

Количество рабочих смен в сутки - 3

В Субботние и воскресные дни производят ремонтно - восстановительные работы, которые нельзя произвести в обычные дни. Спуск и доставка материалов, и оборудования на подземные работы производится в рабочие смены.

5.Системы разработки

Исходя из горно-геологических условий Черемуховского месторождения, а также основываясь на результатах проведённых опытно-промышленных и научно-исследовательских работ, с учетом действующих технических проектов и регламентов на системы разработки для шахт ОАО "СУБР", для отработки рудных тел приняты следующие системы разработки:

- система слоевого обрушения (ССО);

- столбовая система разработки (ССР);

- камерно-столбовая система (КСС);

- двухстадийная (выпуск рудных целиков).

На выбор систем разработки в современных условиях СУБРа оказывают влияние следующие факторы: угол наклона и мощность рудной залежи, устойчивость пород непосредственной кровли, сложные гидрогеологические условия, склонность пород непосредственной кровли к самовозгоранию, геомеханическое состояние руд и вмещающих пород, удароопасность.

Доли систем разработки и их производительность приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Доли систем разработки и их производительность

Наименование систем разработки	Доля систем в добыче, %	Производительность, м3/чел.см
Камерно-столбовая система разработки	40,0	5,48
Система слоевого обрушения	31,5	3,56
Столбовая система разработки	20,0	3,53
Выпуск целиков	3,5	9,61
Попутная добыча из ГПР	5,0	4,16

Система слоевого обрушения(ССО)

-Применяется при следующих условиях:

-угол падения рудного тела может быть любой;

-нормальная мощность - до 3 м;

-руды и вмещающие породы различной степени устойчивости;

-на участках с остаточными напорами подземных вод разрешается производить очистную выемку при полном осушении расположенной над ними подзоны взаимосвязанных карстовых систем.

Система слоевого обрушения применяется в основном при отработке участков залежи с неустойчивой кровлей при любой промышленной мощности. Выемка рудной массы ведется слоями высотой 3 м без оставления целиков и обрушением налегающих пород на каждом слое с соответствующим шагом посадки, а отработка слоев - заходками сечением 3х3 м со шпуровой отбойкой и скреперной доставкой руды. Доля системы в общей добыче колеблется в пределах 30 % . Крепление выработок производится поддерживающей деревянной крепью. Производительность труда при системе невысокая (4,3 м³/ч-см), потери руды в среднем составляют 7,3 %, разубоживание достигает 6-7 %. Достоинством системы является наибольшая приспособленность её технологии к ведению горных работ в удароопасных условиях (К_уд=0,08). К_уд - коэффициент удароопасности системы - количество горных ударов на 100 тыс.т. добычи.

Многолетний опыт применения системы и постоянное совершенствование её технологических схем позволили достичь довольно высоких технико-экономических показателей. При системе слоевого обрушения самые низкие потери руды и разубоживание, она наиболее полно отвечает требованиям ударобезопасности, может применяться на любой мощности залежи при различной устойчивости кровли. Недостатками системы является высокая трудоемкость и материалоемкость, повышенная травмоопасность.

Столбовая система разработки (ССР)

-Применяется при следующих параметрах:

-угол падения до 35⁰;

-средняя нормальная выемочная мощность до 3,5м;

-породы кровли любые;

-устойчивость пород кровли - любая;

-бокситовые руды всех разновидностей;

-на участках с остаточными напорами подземных вод разрешается производить работы только после полного осушения расположенной над ними подзоны взаимосвязанных карстовых систем.

Сущность столбовой системы разработки заключается в порядке подготовки и отработки участков рудных тел (выемочных единиц).

При разработке рабочих проектов за выемочную единицу, в зависимости от конкретных горно-геологических условий, можно принимать блок, участок, часть блока и т.д.

Порядок подготовки очистного блока заключается в следующем: в пределах этажа очистной блок разбивается на слои по падению рудного тела.

Слои отрабатываются одним из вариантов системы в направлении от центра блока к флангам или наоборот.

При пологих (до 8⁰) и наклонных углах падения рудного тела (до 15⁰), очистную выемку производят заходками по простиранию или диагонально, при этом не исключается вариант отработки заходками по восстанию.

При крутых углах падения рудного тела (свыше 15⁰), очистную выемку производят заходками по восстанию.

При устойчивых рудах и породах налегающей толщи очистную выемку производят по простиранию лавой, при углах падения рудного тела не более 35⁰ .

В данном варианте очистной выемки при пологих углах падения рудного тела возможно применение комплекса самоходного бурового и погрузочно-доставочного оборудования.

В блоках со сложной геологической обстановкой (наличие тектонических нарушений, резкое изменение характеристики пород налегающей толщи по устойчивости и т.п.) очистную выемку производят комбинацией вариантов системы разработки.

При первых трёх вариантах очистной выемки по мере наработки выработанного пространства производится установка дополнительного усиленного органного или кострового крепления в очистных выработках. Шаг установки дополнительной крепи и его параметры определяются для каждой выемочной единицы, в зависимости от конкретных горно-геологических условий.

При четвёртом варианте очистной выемки в выработанном пространстве устанавливаются искусственные целики «кустов» из деревянных стоек, количество стоек в кусте и параметры установки кустовой крепи определяются расчётным путём. Зона выработанного пространства изолируется от рабочих мест органной крепью.

Достоинство систем ССО и ССР - сравнительно небольшие потери (в среднем 12%); наиболее полно отвечают вопросам по управлению горным давлением.

Недостатки систем ССО и ССР - материалоёмкие и затратные при невысокой производительности и высокой себестоимости добычи.

Камерно-столбовая система (КСС)

-Применяется при следующих параметрах:

-средний угол падения рудного тела - 35⁰;

-предельный угол падения 45⁰;

-средняя нормальная выемочная мощность залежи до 6м отдельные участки согласно техпроекту на КСС и наличии оборочного полка до 8,5м и до10м - не более 20% по площади;

-породы кровли устойчивые (при наличии неустойчивой пачки пород непосредственной кровли и мощностью до 2^х метров производить селективную выемку пачки и усиленное крепление целиков согласно техпроекту на КСС);

руды - I, II, III, IV, III₂, III₃ класса и подкласса, при этом:

- на участках с рудами I, II, III, IV, класса оставляются рудные целики;

- на участках с рудами третьего класса, второго, третьего подкласса, при нормальной мощности рудного тела более 4^х метров оставление рудных целиков запрещается, при нормальной мощности рудного тела менее 4^хм в порядке исключения разрешается замена рудных целиков на искусственные из дерева "кусты".

на участках с остаточными напорами подземных вод разрешается производить очистную выемку при полном осушении расположенной над ними подзоны взаимосвязанных карстовых систем.

Система применяется на участках с мощностью залежи до 8,5 м и устойчивой кровлей, позволяющей применять анкерное крепление. Общая отработка блоков ведется сверху вниз, выемка панелей - от флангов к центру. Панели отрабатываются камерами шириной 4-7 м. Кровля поддерживается целиками с размером сторон от 3 до 8 м. Параметры обнажения кровли и размеры опорных целиков рассчитываются с учетом геологических условий, глубины горных работ, физико-механических свойств руд и вмещающих пород. Удельный вес КССР в общем объеме добычи достигает 40 %, потери руды колеблются от 18 до 20 %, разубоживание - почти такое же, как на системе слоевого обрушения - 6,9 %. Существенным недостатком КССР является подверженность горным ударам (К_уд.=0,38). Ведение горных работ на удароопасных участках сопровождается профилактическими противоударными мероприятиями.

Сущность системы заключается в следующем: очистной блок (выемочная единица), шириной по простиранию 100ч120 метров, разбивается по падению рудного тела на панели. Как правило, в панели принято однорядное расположение целиков. В отдельных случаях, когда обстановка неудароопасная, применяется двух- или трёхрядное расположение целиков.

Из орт-заезда в центре блока проходятся рудный (под висячим боком) и полевой (в породах лежачего бока на расстоянии 10-15 метров от рудного тела) восстающие, с углом наклона, соответствующим углу падения рудного тела.

С рудного восстающего на фланги блока проходятся панельные штреки. По окончании проведения горно-подготовительных и нарезных работ и обеспечения блока запасными выходами и вентиляцией начинаются очистные работы.

Общее направление работ в блоке - сверху вниз и от флангов к центру. Отбойка камерных запасов в пределах каждой панели производится снизу вверх. В первую очередь вынимается подсечной слой на контакте с породами висячего бока на всю ширину камеры. Высота подсечного слоя 2,5 метра. Затем производится выемка оставшихся камерных запасов до контакта с породами лежачего бока, при этом общая высота камер не должна превышать 8,5 метров.

После выемки ряда камер в панели производят разделение (просечку) ленточных целиков на столбчатые. Целики оформляются по прямоугольной, квадратной или косоугольной сетке и имеют вид неправильной усечённой пирамиды.

Транспортировка горной массы в зависимости от типа применяемого оборудования осуществляется скреперными установками или ПДМ с ДВС.

Бурение шпуров производится ручными перфораторами при подготовке блока на скреперное оборудование и самоходными буровыми установками или ручными перфораторами при применении ПДМ с ДВС.

Проветривание горных выработок осуществляется за счёт общешахтной депрессии и, в отдельных случаях (тупиковые выработки, нарезные или очистные, где нет возможности проветривания за счёт общешахтной депрессии) - вентиляторами местного проветривания.

Достоинство системы - высокая производительность - вторая по уровню себестоимости добычи после ЭКСР (этажно-камерная система разработки). Модифицированные технологические схемы КСС дают возможность отработки рудных тел со снятием ложной пачки пород кровли; при мощности рудного тела более 8 метров - возможность отработки части целиков и почвенных запасов по варианту двухстадийной выемки.

Негативными сторонами применения КССР на глубоких горизонтах являются увеличивающиеся потери руды в опорных целиках (до 25%) и высокая удароопасность. Применение камерно-столбовой системы разработки на глубинах 1000 и более метров производится при проведении профилактических мероприятий по снижению напряжённо-деформированного состояния массива горных пород.

Выпуск рудных целиков

Двустадийная выемка запасов производится на участках регулярных и нерегулярных (увеличенных размеров) целиков, а также оставленных в почве камер запасов при ведении очистных работ камерно-столбовой системой. Породы лежачего бока, в которых производят подготовку горизонта выпуска, должны быть устойчивые.

Площадь участков, подлежащих двустадийной выемке, должна не превышать 20 % общей площади выемочной единицы (блока).

Выемка запасов на второй стадии не предусматривает присутствие людей в открытом очистном пространстве.

Нарезные и очистные работы на первой и второй стадиях в подзоне взаимосвязанных карстовых систем производятся только после снижения уровня подземных вод ниже отметки эксплуатационного горизонта.

Горные работы по данной схеме ведутся в две стадии:

- первая стадия - выемка основных запасов по техпроекту на КССР;

- вторая стадия - выемка почвенных запасов на участках с мощностью рудного тела более 8м и частичная выемка целиков различного назначения. Выемке запасов на второй стадии предшествует подготовка комплекса выработок горизонта выпуска в известняках лежачего бока.