Южно-Белозерское железорудное месторождение

Месторождение находится в Запорожской области на северном склоне Причерноморской впадины сравнительно близко от Каховского водохранилища, представлено тремя пластообразными залежами, по геологическим и гидрогеологическим условиям аналогично Яковлевскому месторождению КМА.

Главная рудная залежь, намеченная к отработке, имеет простирание 2,5 км, протяженность по падению 1 км. Угол падения залежи 56—77°, чаще 65—70°, мощность изменяется от 10 до 115 м.

Руды месторождения характеризуются значительной изменчивостью физико-механических свойств. Преобладающее количество руд имеют коэффициент крепости 3—7. Среди них выделены мартеновские руды со средним содержанием железа 65,4—66,5% и доменные с содержанием железа 52,3—62,9%.

Рудовмещающие породы представлены железистыми кварцитам и, роговиками и сланцами различного состава. Около 75% сланцев характеризуются коэффициентом крепости 4—8, 50% кварцитов —8—10.

Рудные залежи Южно-Белозерского месторождения перекрыты толщен осадочных пород мощностью 220—270 м, которая содержит семь водоносных горизонтов. Наиболее водообильные из них — сарматский и бучакский. Первый приурочен к трещиноватым кавернозным известнякам. Мощность горизонта в среднем 14 м. От рудных залежей он отделен мощной толщей пластичных водоупорных глин.

Бучакский водоносный горизонт приурочен к разиозернистым пескам, залегающим непосредственно на кристаллических породах или на мергельных отложениях. Мощность горизонта изменяется от 6 до 68 м. Высота напора воды 200—220 м. Ожидаемый приток воды в рудник при осушении месторождения 5050 м3/ч, в том числе из сарматского горизонта 2500 м3/ч и буча некого 1000 м3/ч.

Вскрытие месторождения. Месторождение вскрывается шестью стволами (рис. 82), пять из которых пройдены в лежачем боку, а одни (дренажно-подготовительный) — в висячем.

Вспомогательный и два рудоподъемных ствола расположены в центре шахтного поля, вентиляционные — на флангах.

Рудоподъемные и вспомогательный стволы имеют диаметр в свету 7 м, вентиляционные — 6 м.

Рудоподъемные стволы проходятся на глубину 550 м и 700 м, оборудуются скипами емкостью 25 т.

Вспомогательный ствол служит для выдачи породы, подъема-спуска людей и оснащается двумя одноклетевыми подъемами с противовесом, в ствол размещаются трубы для водоотлива, силовые кабели. Глубина ствола 470 м.

Вентиляционные стволы служат для выдачи воздуха из рудника. Они оснащаются одним одноклетевым подъемом с противовесом и имеют лестничное отделение. Глубина стволов 445 м. Все стволы проходятся специальными способами с замораживанием пород. Высота этажа 80 м.

Вентиляция рудника. Воздух в рудник подается по центральной группе стволов, а выдается по специальным вентиляционным стволам. Необходимое количество воздуха для проветривания — 440 м3/с.

Осушение месторождения. Схема осушения месторождения аналогична схеме, принятой для Яковлевского месторождения KMA (рис. 83), так как геологическая, инженерно-геологическая и гидрогеологическая характеристики месторождений отличаются мало. Разница заключается лишь в том, что самый мощный водоносный горизонт, расположенный непосредственно над рудно-кристаллическим массивом, на Яковлевском месторождении представлен известняками, а на Южно-Белозерским — бучакскими лесками. Это обстоятельство осложняет выбор технологии разработки рассматриваемого месторождения.

Системы разработки и порядок отработки шахтных полей. Производственная мощность рудника —6 млн. т товарной руды в год. Вначале месторождение намечалось отрабатывать системами с обрушением по аналогии с Яковлевским, но наличие в кровле руды плывунных бучакских песков заставило пересмотреть это решение.

Проект был скорректирован и для разработки месторождения приняли системы отработки с твердеющей закладкой. В залежах мощностью до 15—20 м предусмотрено применять камеры длиной 40 м и располагать их по простиранию. При мощности залежи 20—25 м камеры имеют размер по простиранию 20 м.

В залежах мощностью свыше 25 м ширина камер принимается 12—15 м, а длина определяется мощностью рудного тела, но не более 45—50 м.

Для отдельных участков месторождения принимаются следующие разновидности систем с твердеющей закладкой:

- со скреперной доставкой руды;

- с торцевым выпуском и машинной погрузкой руды;

- камерная система с твердеющей закладкой (для отработки неустойчивых руд).

При системе со скреперной доставкой руды выработки для доставки проводятся на уровне кровли откаточного горизонта, что обеспечивает непосредственную погрузку руды в вагоны и исключает вторичное дробление негабаритов на грохотах. При этом отпадает необходимость в проходке и оборудовании многочисленных рудоспусков. Камеры располагаются вкрест простирания и подготавливаются двумя ортами скреперования, которые проводят на их границах. Каждый орт доставки используют для двух смежных камер. Площадь сечения выпускной дучки 2,7 м2.

Основным источником потерь и разубоживания руды при системах с твердеющей закладкой является, как известно, днище. После выпуска руды из камеры на нем остаются гребни отбитой руды.

Наиболее эффективным способом снижения потерь является применение торцевого выпуска руды (рис. 84) со сводчатой кровлей камеры. Для образования свода выпуск руды из камеры ведут таким образом, чтобы остающаяся на днище рудная «подушка» имела выпуклую форму. Тогда при заполнении камеры закладкой ее нижняя граница будет сводообразной формы.

Этот вариант системы предназначен для отработки мощных участков залежи.

Для повышения технико-экономических показателей системы с твердеющей закладкой при разработке недостаточно устойчивых руд применяют камеры ромбовидной (эллиптической) формы. Этой системой предусматривается отрабатывать мощные участки месторождения, сложенные неустойчивой рудой.

Для устойчивости камеры нижние ее стенки оформляются под углом сдвижения массива руды и создается потолочина из искусственного массива (рис. 85). Отработка месторождения ведется сверху вниз.

Существенным достоинством данной системы является то, что она позволяет применять высокопроизводительную камерную выемку в сочетании с твердеющей закладкой для отработки неустойчивых руд, залегающих в сложных геологических и гидрогеологических условиях, когда сохранение поверхности является обязательным требованием.

Принятый порядок отработки шахтного поля должен обеспечить проектную мощность рудника, минимальное давление на днища камер и оптимальную концентрацию очистных работ.

Для этого необходимо соблюдать четкий график выполнения подготовки шахтого поля, очистной выемки и закладки камер.

Одним из факторов, обеспечивающих минимальное горное давление, является правильный выбор параметров камер и между камерных целиков.

На Южно-Белозерском руднике камеру и целик (как единую систему) принято называть блоком, прочность которого определяется размерами составляющих элементов.

Блок представляет собой участок залежи, объединяющий последовательно отрабатываемые смежные камеры, из которых одна находится в стадии очистной выемки или в стадии твердения закладки, а остальные в данный период не отрабатываются, составляя целик.

Ряд смежно расположенных блоков, в которых обеспечивается ритмичная последовательная отработка всех заключенных в них камер, составляет технологический участок.

Горно-геологические условия Южно-Белозерского месторождения характеризуются сравнительно небольшим колебанием коэффициента крепости руд (3—7), но значительным изменением мощности рудных тел (3—115 м). Поэтому в шахтном поле рудника необходимо иметь несколько типов технологических участков.

Как показывает отечественная и зарубежная практика разработки мощных залежей, подвигание очистных работ от висячего бока к лежачему приводит к концентрации горного давления на блоки у лежачего бока, что затрудняет в них очистную выемку.

Последнее обстоятельство особенно важно в условиях сильно обводненного Южно-Белозерского месторождения. Осушение залежи по мощности происходит неравномерно: у висячего бока она дренируется более интенсивно. Кроме того, при системах с закладкой концентрация горного давления на блоках лежачего бока будет меньше, чем при системах с обрушением.

Поэтому для отработки Южно-Белозерского месторождения принят вариант отработки залежи от висячего бока к лежачему и от центра к флангам.

Согласно принятой схеме шахтное поле разделяется на 46 технологических участков, в которых будет отработано 267 камер.

При полном развитии очистных работ в одновременной работе будет находиться 26 технологических участков, в каждом из которых в работе все время будет находиться одна камера. Подэтаж с запасами 18,4 млн. т руды будет отрабатываться в течение 58 мес. В одновременной очистной выемке будет находиться два подэтажа. Коэффициент эксплуатации в целом по месторождению составит 58,5 т/м2 в год.

Подготовка месторождения. На северном крыле Южно-Белозерского месторождения, где мощность рудных залежей небольшая, восходящий порядок отработки не вызывает сомнений.

Существенным препятствием к применению отработки снизу вверх является значительное усложнение схемы подготовки откаточных горизонтов. Для восходящего способа выемки наиболее приемлемой является полевая штрековая подготовка, но наличие большого количества параллельных рудных тел делает ее сложной и практически невозможной. Ортовая подготовка, которая является наиболее целесообразной при обычном восходящем способе, возможна только при проведении откаточных ортов по массиву закладки нижележащего этажа. Это не лает возможности заблаговременно проводить выработки на верхнем подготовительном горизонте.

Применение восходящего способа отработки па южном крыле месторождения, характеризующемся большой мощностью залежи (80—115 м), вызывает необходимость в проведении откаточных выработок по массиву закладки.

Таким образом, применение восходящего способа отработки по всему шахтному полю Южно-Белозерского месторождения считается нецелесообразным. Поэтому принят комбинированный способ отработки (рис. 86) с началом очистной выемки па южном крыле шахтного поля. Длина отрабатываемого участка 240 мощность залежи 50 м, угол падения в среднем составляет 70°. Отработка ведется снизу вверх, начиная с гор. 480 м (см. рис. 86, I, II, III, IV). Соседние участки отрабатываются сверху вниз (V, VI, VII, VIII).

Применение комбинированного способа отработки месторождения позволяет более эффективно использовать капитальные вложения и ускорить ввод рудника п эксплуатацию.

При сплошной выемки этажа камерами высотой 40 м участок залежи пускового комплекса, состоящий из 16 камер, разделяется на пять блоков: из них три блока по четыре камеры и два — по две камеры. Каждый блок подготавливается одним откаточным ортом (рис. 87). Расстояние между ортами 45 м. Всего на участке пускового комплекса проводится пять откаточных ортов, из которых два (1) предназначены для применения погрузочных машин ППБ-3к, два (2) — для ППН-4 и один (3) — для виброконвейеров ВК-4.

Орты сбиваются с откаточными штреками, т. е. принята кольцевая ортовая схема подготовки.

При варианте с погрузкой руды машиной ПНБ-Зк с откаточного орта под углом 60° через каждые 16—17 м проводятся погрузочные заезды сечением 3,2х3,2 м. В тупике каждого погрузочного заезда проходится выпускная дучка диаметром 3,5 м. В месте погрузки, т. е. у выпускной дучки, заезд расширяется до 4 м. Длина погрузочного заезда при отработке крайних камер блока составляет 16 м, при отработке средних камер — 13 м.

Сечение ортов и погрузочных заездов выбрано с учетом габаритов средств доставки и транспортировки руды.

При варианте с погрузкой руды машинами ППН-4 и виброконвейерами ВК-4 погрузочный штрек проводится под прямым углом к откаточному орту, а виброконвейерный — на уровне кровли откаточного орта в обе стороны под углом 10°.