книги / Проходческо-очистные комбайновые комплексы калийных рудников. Ч. 1

УДК 622.235

Рецензенты: Триполко Александр Сергеевич Долганов Петр Алексеевич Десятов Виктор Николаевич

Составители: Васильев Борис Владимирович Завадский Егор Егорович Озорнин Михаил Степанович Чекмасов Николай Васильевич Баженов Аркадий Павлович Замотан Виктор Борисович Демб Семен Петрович

ПРОХОДЧЕСКО-ОЧИСТНЫЕ КОМБАЙНОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ

Учебное пособие для машинистов горных выемочных машин. Часть 1. г. Пермь, ЗАО “НИПО”, 1998 г.

Выпущено по заказу Центра управления персоналом и отдела главного механика и главного энергетика ОАО “Уралкалий”

В первой часта учебного пособия рассмотрен комплекс производственных вопросов, дающих общее представление о калийных рудниках. Их изучение будет полезно лицам, избравшим своей профессией шахтерский труд.

Приведена справочная информация по машинам и механизмам проходческо-очистных комбайновых комплексов и другой горной технике.

Помещены материалы, знание которых будет способствовать повышению эффективности труда машинистов выемочных машин и всех тех, кто занимается производством горных работ.

Предназначено для работников ОАО “Уралкалий”, учащихся технических училищ и студентов ВУЗов.

Право переиздания и индивидуального распространения принадлежит ОАО “Уралкалий” и ЗАО “НИПО”

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Отличительной особенностью калийных рудников является большое разнообразие применяемой техники для производства горных работ, способов подготовки и отработки залежей, а также поддержания горных выработок, схем вентиляции и транспортировки руды, средств защиты и мер безопасности.

В связи с этим к машинистам проходческо-очистных комбайновых комплексов предъявляются высокие требования не только по обслуживанию машин и механизмов, но и знанию специфики залегания пластов и их геологическому строению, технологии ведения горных работ, сути газовых явлений, требований техники безопасности, спецмероприятий и многих других вопросов.

Обучение рабочих в современных условиях не может быть ограничено программой технического минимума. Поэтому авторы стремились к тому, чтобы во время учёбы горнорабочие смогли получить наиболее полные и конкретные представления о производственных процессах на руднике и применяемом там оборудовании. Слабое знание производства, неквалифицированное ведение горных работ, незнание и несоблюдение правил безопасности, как показывает опыт, приводило и приводит к значительным человеческим и материальным потерям.

Данное учебное пособие нацелено на освещение широкого круга производственных вопросов, знакомство с которыми, как надеются авторы, будет способствовать повышению качества работ, а также безопасности и производительности труда машинистов проходческо-очистных комбайновых комплексов.

В первой части учебного пособия изложены общие сведения о калийных рудниках, дающие о них комплексное представление. Достаточно подробно рассмотрены вопросы геологии, вскрытия и подготовки месторождения, технологии разработки и типовых схем работы комбайновых комплексов, проветривания. Освещены вопросы электроснабжения рудника и добычного участка. По просьбе Заказчика обстоятельно изложено маркшейдерское обеспечение горных работ. Приведены технические характеристики применяемого оборудования, в том числе новых машин и механизмов. Рассмотрены вопросы организации труда на участках по добыче руды и меры безопасности при производстве работ.

Вторая часть учебного пособия посвящена рассмотрению особенностей конструкции машин и механизмов комбайновых комплексов, работы их электрооборудования. Изложены вопросы транспортировки, монтажа, эксплуатации и ремонта горного

4

оборудования. Приведены характерные неисправности комбайнов и других машин, а также некоторые справочные материалы.

Работа над первой частью книги распределилась следующим образом: Васильевым Б.В. написаны предисловие, содержание, параграфы 1.8 и 1.9, проведены общее редактирование текста и руководство работами; Завадским Е.Е. написаны параграфы 1.1 - 1.7, 1.10, 1.11, 2.1 - 2.5, 7.1; Озорниным М.С. написаны разделы 4 и 5 ; Чекмасовым Н.В. написаны параграфы 2.6, 7.2 и 7.3; Баженовым А.П. написан раздел 9, оказаны консультации и информационная помощь; Замотиным В.Б. написан раздел 3; Дембом С.П. и Баженовым А.П. написан раздел 6; Десятовым В.Н. оказана помощь в подготовке материалов для параграфа 7.3 и написании раздела 8.

При составлении учебного пособия учитывались многочисленные научные труды и разработки институтов УФ ВНИИГа, ПГТУ ( кафедры горного факультета РМПИ, БЖ и РВ, ЭАГП ), Горного института. Отдельные, наиболее подходящие для учебного пособия рисунки и выдержки из текста публикаций данных организаций приведены без изменений с соответствующими ссылками на источник информации.

Часть материалов, приводимых в пособии, освещается впервые. Ввиду объемности поставленной задачи и исходной информации, а также сложности рассматриваемого материала при написании учебного пособия авторам пришлось решать проблемы

методического характера. О результатах судить читателю. Авторский коллектив выражает благодарность руководству

ОАО «Уралкалий» за финансовое обеспечение работ.

Наибольшая заслуга в формировании условий для выполнения данной работы и оказании практической помощи принадлежит главному механику ОАО «Уралкалий» Горбацкому И.И., главному энергетику Долганову П.А., главному специалисту Центра управления персоналом Завьяловой К.И.

Большое содействие авторам в работе над пособием оказано зам. главного механика ОАО «Уралкалий» Харламовым Г.А.

Авторы благодарят рецензентов Триполко А.С., Долганова П.А., и Десятова В.Н. за ценные советы по улучшению содержания пособия.

Данная книга представляет собой первый опыт создания учебного пособия для машинистов горных машин с комплексным подходом к рассмотрению производственных вопросов на руднике и по этой причине не лишена недостатков.

Авторы будут признательны за все замечания по содержанию книги, которые следует направлять в Центр управления персоналом ОАО «Уралкалий».

5

1. ХАРАКТЕРИСТИКА РУДНИКОВ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

1.1. ГЕОЛОГИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛАСТОВ

Верхнекамское месторождение каменной и калийных солей одно из крупнейших в мире. Оно открыто в 1925г. и на его базе организована калийная промышленность Урала.

Верхнекамское месторождение калийных солей приурочено к верхней части крупной пластообразной залежи каменной соли, площадь которой равна 6 - 6,5 тыс. кв. км. Собственно калийное месторождение располагается внутри контура соляной залежи, несколько смещаясь к ее западной границе. В меридиональном направлении калийная залежь прослежена на 135-140 км при ширине до 40-45 км.

Схематический план Верхнекамского месторождения приведен на рис. 1.1, где показаны контуры соляной и калийной залежей, а также шахтные поля разрабатываемые рудоуправлениями [1].

Месторождение имеет сложную геологическую структуру. Фрагмент широтного разреза месторождения приведен на рис. 1.3. Здесь среди разнообразных по происхождению и структурному составу отложений видны толщи калийных и калийно-магниевых солей и вмещающие эту толщу покровные и подстилающие слои калийной соли.

Соляная и калийная залежи относятся к верхнеиренским (лунежским) отложениям кунгурского яруса и литологически подразделяются на 5 зон: подстилающую каменную соль, сильвинитовую, сильвинито-карналлитовую, покровную каменную соль, переходную (рис. 1.2) [1].

Подстилающая каменная соль представляет собой мощную однородную толщу, сложенную каменной солью и 4 пластами глинисто-ангидритовых и ангидрито-карбонатных пород. Общая мощность подстилающей каменной соли колеблется от 151.5 м до 398.2 м при средней мощности 310 м.

Сильвинитовая зона представлена пластами красных и полосчатых сильвинитов - Красный-I, Красный-П, Красный-Ш и А, которые отделены друг от друга пачками межпластовой каменной соли.

Нижний пласт Красный-Ш сложен тремя сильвинитовыми слоями, разделенными слоями каменной соли. Общая мощность пласта в среднем равна 5,5 м, местами увеличивается до 11м.

7

Пласт Красный-II, являющийся основным промышленным пластом месторождения, имеет сложное строение и состоит из семи слоев, из которых нечетные представляют богатые сильвинитовые руды, а четные сложены каменной солью с тонкими прослойками и вкрапленностью сильвина. Мощность пласта изменяется от 0,8 до 11,9 м при средней 3,1 м.

Пласт Красный-I имеет простое строение и сложен красным и розовым сильвинитом, мощность пласта 1,4 м.

Простой пласт А сложен яркоокрашенным красным, сургучно­ красным и розовым сильвином, прослои которых чередуются со светло-серой, белой и голубоватой каменной солью. Частое и тонкое (1-5 см) переслаивание этих разновидностей пород обуславливает полосчатый облик пласта и соответствующее название полосчатый сильвинит, средняя мощность пласта 1,4 м. Ниже почвы пласта на 0,5-0,2 м залегает сильвинитовый слой-спутник, обозначенный А1 мощностью 0,15-0,2 м. Пластом А завершается формирование сильвинитовой зоны, мощность которой составляет 15-25 м.

Сильвинито-карналлитовая зона содержит 9 пластов калийно-магниевых солей, которые индексируются снизу вверх буквами от Б до К. За нижнюю границу принимается почва пласта Б, за верхнюю - кровля пласта К. Мощность зоны преимущественно 5085 м [2].

Пласт Б на большей части (90%) месторождения сложен простым сильвинитом, на меньшей - карналлитовой породой или смешанными слоями (пестрый сильвинит + карналлит). Средняя мощность пласта карналлитового состава 2,8 м, сильвинитового - 1,4 м. В тех случаях, когда пласт Б сложен пестрым сильвинитом, он разрабатывается вместе с пластом А. Оба пласта в совокупности играют роль второго рабочего горизонта, который в практике разработки месторождения называется пластом АБ. Средняя мощность сильвинитового пласта АБ равна 2,8 м.

Пласт В сложен карналлитовой породой (около 70% площади) или пестрым сильвинитом. Мощность пласта карналлитового состава меняется от 0,3 до 17,4 м и составляет в среднем 6,6 м и сильвинитового - 2,2 м. Этот пласт является третьим рабочим горизонтом, на котором ведется добыча сильвинитовой и карналлитовой руды. Выше залегающие пласты (от Г до К) сложены преимущественно карналлитовой породой и реже пестрыми сильвинитами. В большинстве случаев пласты не удовлетворяют требованиям горнотехнических условий эксплуатации и запасы руд в них относятся к забалансовым.

По соотношению мощности калийных пластов и межпластовой каменной соли сильвинито-карналлитовая зона делится на две пачки:

9

нижняя, включающая пласты от Б до Е включительно, характеризуется преобладанием калийных солей (до 83%) над каменной солью и 'мощностью порядка 40-65 м, и верхняя —пласты от Е-Ж до К включительно, в которой калийные соли составляют менее 10%, мощность пачки 15-25 м.

Покровная каменная соль сложена каменной солью желтовато-розовой, мутно-белой, бесцветной (водяно-прозрачной) и серой с многочисленными тонкими галопелитовыми прослойками, которые распределяются в среднем через 4-5 м. Мощность покровной соли в среднем равна 16-22 м.

Переходная зона подразделяется на 2 пачки: нижнюю - соляную (соленасыщение 80%) и верхнюю - мергельно-соляную (соленасыщение 45-50%). Мощность зоны 15-58 м [2].

Таким образом, разрабатываемая продуктивная толща месторождения представлена тремя рабочими пластами: сильвинитовым Красным-И мощностью 5-8 м, сильвинитовым АБ мощностью 2,5-3 м и карналлитовым В мощностью 6-18 м.

Качество калийных солей на месторождении определяется содержанием в них КС1, MgCb и нерастворимого остатка. По действующим в настоящее время кондициям сильвинитовые руды должны содержать в среднем не менее 22% КС1 и не более 1% MgCb. Максимальное количество нерастворимого остатка кондициями не регламентируется, но в практике разведки месторождения к балансовым запасам относятся руды с содержанием нерастворимого остатка не более 10%.

Содержание хлористого калия (в % по массе) в пласте Красный11 изменяется от 23,2 до 32,4, в пласте А - от 5,8 до 60, в пласте Б - от 36,8 до 38,7, в пласте В - от 29,6 до 32,8. Содержание хлористого магния в пласте В от 16,4 до 22,2%.

Особенностью Верхнекамского месторождения является безводность соляных отложений и обильная обводненность пород, вмещающих соляную залежь. Верхний водоносный комплекс является основным водоносным горизонтом, приурочен к четвертичным отложениям, пестроцветной и терригеннокарбонатной толщам. Воды здесь практически пресные и используются городом для питьевого и технического водоснабжения. На контакте с каменной солью располагается рассольный горизонт. Воды сульфатно-кальциевого и хлорнатриевого типа. Породы нижней части соляно-мергельной толщи (переходная зона) и нижезалегающая соляная толща являются практически безводными. С подземными водами соляно-мергельной толщи связаны явления соляного карста, который разрушает верхний горизонт соляной толщи и понижает ее практическое использование.

10

Карстовые зоны выражаются в последовательном выпадении сверху вниз горизонтов соляной толщи и образовании на их месте мульд оседания. Карстовыми процессами затронуто 27% площади месторождения.

Выщелачивание соляных пород подземными водами наиболее интенсивно протекает на участках тектонических поднятий и куполов, где отсутствует основной водоносный горизонт и вершины тектонических структур сопряжены с гидрографической сетью. На таких участках воды легко инфильтруются через породы соляно­ мергельной толщи, достигают поверхности соляных отложений, выщелачивают соляные породы, превращаются в рассол и по склонам поднятий стекают в соседние мульды, обуславливая высокую минерализацию и химический состав вод нижнего водоносного комплекса.

Наличие верхнего водоносного горизонта требует особой осторожности при проведении очистных работ, в частности, строгого соблюдения правил и требований при проходке горных выработок.

Шахтные стволы и скважины пройдены с использованием средств водоподавления (тампонажем и замораживанием пород). Нарушение верхнего защитного слоя каменной соли может привести к попаданию воды в рудник и его затоплению, так как общий водоприток из надсоляных пород может составить более 1000-1500 м3 в сутки [2].

1.2. ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА ШАХТНОГО ПОЛЯ

1.2.1. ВСКРЫТИЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Размеры шахтных полей на Верхнекамском месторождении калийных солей определяются в основном условными границами (так называемые технические границы). Формы шахтных полей близки к прямоугольным, их размеры в длину и ширину находятся в пределах от 6,2 до 11,5 км (рис. 1.1). На размеры шахтных полей влияют и ряд технико-экономических факторов, например: запасы полезного ископаемого, сроки службы предприятия при заданной годовой и суточной производительности.

Мощности действующих калийных рудников по сильвинитовой руде находятся в пределах от 3,6 до 10,5 млн. т. руды в год.

Вскрытием шахтного поля называется проведение капитальных горных выработок, обеспечивающих доступ к пластам полезного ископаемого. Способы вскрытия шахтных полей калийных месторождений приведены на рис. 1.4.