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.
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):
-подгоризонт пестроцветных пиритизированных отчетливо слоистых бокситов, составляющих верхнюю часть горизонта ;
-подгоризонт преимущественно темно-красных бокситов;
-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 * gр * kизв*К1*К2
/1-r, тыс.т/год;
где: А - годовая производительность шахты
(расчётная), тыс.т/год;- среднегодовое понижение условного горизонта выемки,
м/год.к = 12,0 - по «Южному» и «Кедровскому» месторождениям;г - 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;гор - средняя нормальная мощность рудного тела, mгор= 6,05м;изв - коэффициент извлечения руды, зависящий от применяемых систем разработки, kизв = 1-0,17;
g - объёмный вес руды, Мн/м3, g = 2,85т/м3;
К1 - поправочный коэффициент, зависящий от угла падения рудного тела, при a =300 К1=0,8;
К2 - поправочный коэффициент, зависящий от мощности рудного тела, при средней мощности 5-15м К2= 1,0;
-r - коэффициент, учитывающий разубоживание руды, зависящий от применяемых систем разработки, 1-r = 1-0,07
Ак = V * Sг * gр * 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 ÷ - 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 ÷ -10 м. абс на южном фланге (СВДУ), плюс +10 ÷ +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 № 8бис-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:
. 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.
. Вертикальный южный вентиляционный ствол (ЮВС), пройденный с поверхности до отметки -825,0 м, служащий для выдачи отработанного воздуха на южном фланге шахтного поля.
. Существующие наклонные стволы № 8бис с поверхности до горизонта -620 м и № 8бис-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.
. Существующий вертикальный ствол № 10бис, 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.
. Существующий наклонный ствол № 9бис-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 № 9бис и для выдачи отработанного воздуха совместно с наклонным стволом № 9 н в центре шахтного поля.
. 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.