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,
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- I
I, Красный- I I I и
А, которые отделены друг от друга пачками межпластовой каменной соли.
Нижний
пласт Красный- I I I сложен
тремя сильвинитовыми слоями, разделенными слоями каменной соли. Общая
мощность пласта в среднем равна 5,5 м, местами увеличивается до 11м.
Наименование
участков :
1-
Боровский,
2-
Шубинский,
3-
Половодовский,
4-
Новоеоликамский
( СКПРУ-1,3 ),
5-
Соликамский
( СКПРУ-2 ),
6-
Быгельско-Троицкий
( БКПРУ-4 ),
7-
Усть-Яйвинский,
8-
Березниковский
( БКПРУ-1 ),
9-
Дурыманский
( БКПРУ-2 ),
10-
Талмцкий,
11-
Балахонцевский
( БКПРУ-3 ) ,
12-
Белопашенский,
13-
Палашерский ,
- - контур
соляной залежи,
___ контур
калийной залежи
Рис.1.1 Схематический план
Верхнекамского месторождения калийных солей
Рис.1.2 Стратегический разрез продуктивной толщи Верхнекамского месторождения
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-1 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 сильвииитовый 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 50- 85 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 карнаплитового 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:
Рис.1.3
Широтный геологический профиль участка Верхнекамского месторождения
Рис.1.4 Способы вскрытия шахтных полей :
а - одногоризонтный для одиночного пласта вертикальными стволами, б -
одногоризонтный для свиты пластов вертикальными стволами и гезенками, в -
одногоризонтный (независимый) для свиты пластов вертикальными стволами.
око- Околоствольные дворы.
Рис. 1.5 Способы подготовки пластов: а - индивидуальный пластовый, б -
групповой, в - комбинированный
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 ; еоленасыщение 45-50%). Мощность зоны
15-58 м [2].
Таким образом, разрабатываемая продуктивная толща месторождения представлена
тремя рабочими пластами: сильвннитовым Красным-П 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 KCL
fvlgCI; 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 Красный- 11 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 терригенно- карбонатной 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.
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 соляномергельной 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].