Геологическая характеристика калийных горизонтов месторождения шахтного поля Второго рудоуправления
Введение
Производственное объединение «Беларуськалий» является крупнейшим в РБ предприятием горнодобывающей промышленности, поставляющим калийные удобрения во многие страны мира. Его структурными подразделениями являются:: 1-ое Рудоуправление, 2-ое Рудоуправление, 3-е Рудоуправление, 4-ое Рудоуправление. В 2002 году начато строительство 5-го Рудоуправления. В 2006 году началось строительство 6-го Рудоуправления.
Производственное объединение стремится заменить оборудование таких стран как Германия, Англия, Польша, Украина и др. на оборудование отечественного производства.
Благодаря широкому применению высокопроизводительного оборудования, комплексной автоматизации технологических процессов добычи руды и подготовительных работ существенно меняются показатели уровня производительности объединения, высокопроизводительной работы предприятия – полная автоматизация технологических процессов и наряду с этим современная организация и высокое качество проведения работ по ремонту, монтажу, техническому обслуживанию электрических.
В настоящее в состав ОАО «Беларуськалий» входят четыре рудоуправления, а также вспомогательные и обслуживающие подразделения (транспортные, энергетические, ремонтные, строительные). Численность работающих в объединении составляет около 20 тыс. человек. В состав каждого рудоуправления входит рудник для подземной добычи калийной руды ( на 1РУ и 2РУ два рудника) и обогатительная фабрика для ее переработки и выпуска минеральных калийных удобрений в форме мелкозернистого, мелкокристаллического, гранулированного концентрата хлористого калия с массовой долей калия в пересчете не менее 60 %,а также соли калийной смешанной с содержанием калия в пересчете не менее 40%. Кроме того, выпускается поваренная соль для пищевых, технических и кормовых целей.
Второе рудоуправление было введено в эксплуатацию в 1965 году. В настоящее время на 2-ом руднике 2РУ разрабатывается третий калийный горизонт.
1. Краткая геологическая характеристика шахтного поля.
Шахтное поле рудника Второго рудоуправления расположено в крайней северо-западной части Старобинского месторождения калийных солей. На востоке оно граничит с шахтными полями Первого и Третьего рудоуправлений, а на западе и севере ограничено разрывными тектоническими нарушениями, простирающимися в северном и северо-восточном направлениях, установленными по данным сейсморазведочных и горных работ.
Общая площадь промышленных запасов шахтного поля на обоих горизонтах по состоянию на 01.01.2008 года составляет 30114,4 тыс.м2, в т.ч. на Гор.-290 м – 3579,8 тыс.м2, на Гор.-445 м – 26534,6 тыс.м2.
Геологическая характеристика калийных горизонтов месторождения шахтного поля Второго рудоуправления.
В пределах разрабатываемого шахтного поля развиты 4 калийные горизонта: первый, второй, третий, четвертый (счет от поверхности земли). Залегают они внутри мощных пачек каменной соли. Представляют собой пластовые залежи, пологопадающие в северо-восточном направлении под углом 1-3, осложненные на площадях, примыкающих к тектоническим нарушениям и в зонах выклинивания калийных горизонтов. Из 4–х калийных горизонтов требованиям кондиций отвечают 2-й горизонт и нижний сильвинитовый пласт 3-го калийного горизонта, которые отрабатываются в настоящее время.
Второй калийный горизонтв пределах шахтного поля залегает на глубинах от 402м до 471м с погружением пласта в северо-восточной и северо- западном направлениях под углом 1-3є. На отдельных участках шахтного поля у тектонических нарушений угол падения пласта увеличивается до 5-8є. Южная граница распространения имеет постседиментационную природу, а северная и западная – тектоническую. Второй горизонт в данный момент уже отработан.
Третий калийный горизонт в пределах шахтного поля залегает на глубинах от 487м до 646м с погружением пласта в северном и северо-восточном направлениях под углом 1-3є.
На отдельных участках шахтного поля у тектонических нарушений угол падения увеличивается до 5-8 градусов и более.
Горными работами горизонт достаточно полно изучен в центральной и юго-восточной частях шахтного поля. В юго-западной части шахтного поля граница распространения его установлена по данным геофизических, буровых и геологоразведочных работ.
На вскрытой части шахтного поля калийный горизонт имеет повсеместное распространение и подразделяется на три пачки: верхнюю – сильвинитовую ( забалансовую ), среднюю – глинисто-карналлитовую, нижнюю – сильвинитовую (промышленную). Верхняя забалансовая пачка прослеживается на всей разведанной площади шахтного поля и сложена чередующимися прослоями сильвинита, сильвинито-карналлитовой породы и каменной соли с прослоями глины мощностью до 5см. Мощность верхней сильвинитовой пачки колеблется от 1,73 до 5,0м. Средняя глинисто-карналлитовая пачка сложена глиной с прослоями каменной соли, карналлита и сильвинито-карналлитовой породы. Мощность их колеблется от 6 до 10,7 метров . Нижняя сильвинитовая пачка представляет собой II продуктивный пласт, в разрезе которого выделяется шесть сильвинитовых слоёв, разделённых слоями каменной соли. Промышленное значение имеют II, III и IY сильвинитовые слои. Балансовая мощность по слоям II - IY изменяется от 4,03м до 4,46м и в среднем составляет 4,31м. Содержание КСL по слоям II – IY соответственно изменяется от 17,13 % до 26,03 % и в среднем составляет 19,85 %. Содержание H.O. по слоям II - IY изменяется от 3,19 % до 8,01 % и в среднем составляет 4,53 %.
На всех панелях, отрабатываемых в настоящее время, периодически встречаются замещения сильвинитовых слоев каменной солью, что резко снижает качество выдаваемой руды. Наиболее часто они встречаются в краевых и притектонических зонах горизонта. В породах горизонта отмечаются локальные скопления свободно содержащихся газов, количество которых увеличивается в разрезе снизу вверх, а также встречаются ”мульды погружения пласта”, опасные по внезапным выбросам соли и газа. Особую опасность представляет наличие горючих газов, выделяющихся в отработанном пространстве горных выработок и лав. В южной краевой зоне на участках, примыкающих к контурам выклинивания калийных горизонтов, а также на пониженных участках отрабатываемых панелей возможно наличие рассолов.
Соленосные отложения над кровлей калийных горизонтов являются естественной водозащитной толщей. Мощность их в северо-восточной части шахтного поля над Вторым и Третьим калийным горизонтами достигает соответственно 100 и 250м с постепенным выклиниванием в южном направлении. В результате проведения специальных комплексных исследований, выполненных на месторождении, установлено, что большая часть глинисто-мергелистой толщи безводна и водоупорна, и слагающие ее породы обладают хорошими водозащитными свойствами. Мощность водоупорной части ГМТ в пределах шахтного поля составляет преимущественно 180 - 300м. Таким образом, общая мощность водозащитной толщи составляет 200-300м над кровлей Второго калийного горизонта и 240-450м над кровлей Третьего калийного горизонта.
Стратиграфия.
Геологическое строение шахтного поля рудника Второго рудоуправления особо не отличается от строения всего месторождения. Здесь принимают участие породы кристаллического фундамента докембрийского возраста и осадочный чехол, представленный верхнепротерозойскими, палеозойскими, мезозойскими и кайнозойскими породами.
Породы кристаллического фундаментазалегают на площади месторождения на глубинах 1600-2500м. Они несогласно перекрыты образованиями осадочного чехла, в основании которого развита мощная (до 350м) красноцветная среднерифейская белорусская (полесская)серия, представленная мелко- и среднезернистыми песчаниками и песками с редкими прослоями красно-бурых и темно-серых глин. На ней с размывом и несогласием залегает толща (около 110м) вендских туфогенно-осадочных пород.
Разрез девонских отложений, как и в других частях Припятского прогиба, начинается отложениями средне- и верхнедевонской терригенной толщи. Выше выделяются отложения карбонатной толщи франского яруса. Здесь, в северо-западной части Припятского прогиба, на ней залегает гипсоносная свита (мощность 20-82м), являющаяся аналогом верхнефаменской соленосной формации. Представлена она глинами и мергелями, обычно доломитовыми, серой и зеленовато-серой окраски с прослоями гипсоангидритовых пород и доломитов.
Гипсоносная свита перекрыта нижнефаменскими карбонатными породами (межсолевые отложения Припятского прогиба). В их разрезе преобладают известняки серые, буроватые, нередко доломитизированные. Наблюдаются прослои мергелей, известковых глин и доломитов. В верхней части толщи распространены сульфатно-карбонатные породы, являющиеся аналогами галитовой субформации (мощность около 60-70м).
Выше залегает калиеносная субформация, к разрезу которой приурочены горизонты калийных солей. Она имеет мощность до 1000 м и более. Кровля ее вскрыта многочисленными скважинами на глубинах от 342 до 704 м.
Перекрыты породы названной субформации отложениями надсолевой девонскойтолщи (глинисто-мергелистая толща – ГМТ), контакт которой с соленосными отложениями обусловлен процессами древнего подземного выщелачивания. Мощность их колеблется от 230 до 560 м. По литологическому составу эта толща разделяется на 2 подтолщи:
нижнюю – гипсово-мергельно-глинистую (сульфатную);
верхнюю – глинисто-мергелистую (бессульфатную).
Для нижней части гипсово-мергельно-глинистой подтолщи характерны прослои ангидрита и ангидрит-известковой породы, а для верхней – прожилки и прослои гипса и гематитовых прослоев. В нижней части глинисто-мергелистой подтолщи отмечается исчезновение гипса и присутствие прожилков органосодержащих пород (сапропелевые мергели, горючие сланцы) и прослои строматолитовых известняков. В целом для надсолевых девонских отложений характерна повышенная и высокая трещиноватость пород с развитием вертикальных и горизонтальных трещин, выполненных гипсом, кальцитом, иногда зияющих. Кроме того, наблюдаются интервалы сильно перемятых пород с зеркалами скольжения.
В разрезе мезозойско-кайнозойских отложений выделяются юрские, меловые, палеогеновые, неогеновые и четвертичные образования.
Породы юрского возрастапредставлены чередованием серых и темно-серых слюдистых и песчанистых глин с прослоями и линзами песков, обогащенных растительными остатками. Мощность их существенно колеблется и достигает 80м. Распространены они преимущественно в северной части месторождения, в основном в карманах и мульдах проседания, в процессе интенсивного подземного выщелачивания солей.
Отложения меларазвиты повсеместно и представлены образованиями сеноманского и туронского ярусов общей мощностью от 2,5 до 56м, при этом наибольшие мощности приурочены к мульдам проседания. Сложены они в нижней части песками, слабосцементированными песчаниками с гравием и галькой фосфоритов и кремня (сеноман), а в средней и верхней – писчим мелом (турон).
Палеогеновые кварц-глауконитовые пески и слабосцементированные песчаники развиты повсеместно и имеют мощность в среднем около 28м.
Неогеновые отложения представлены песками кварцевыми тонко-мелкозернистыми с пластами и линзами глин серых и желтовато-серых, иногда присутствуют пласты и линзы бурого угля. Мощность их колеблется от 5 до 65м.
Четвертичный покров мощностью около 50-60м представлен разнозернистыми песками с гравием, галькой и валунами изверженных и метаморфических пород, с прослоями моренных и межморенных глин, суглинок, супесей. Встречается поверхностный и погребенный торф.
1.3 Тектоника.
Шахтное поле рудника расположено в пределах Центрального тектонического блока, ступенеобразно погружающегося в восточном направлении.
В настоящее время геофизическими и буровыми работами достаточно полно изучены субмеридиальные Северо-западное и Западное тектонические нарушения, а также Центральное Краснослободское тектоническое нарушение с севера на юг пересекающее площадь Краснослободского участка с амплитудой смещения пластов от 30 до 100м. Углы падения сбрасывателя колеблются от 15 до 85 градусов. По данным геологоразведочных работ в северо-восточной (3-А, 4-А северо-восточные панели), в юго-западной (7, 8 юго-западные панели, юго-западное направление) и в северо-западной (6, 6-А северо-западные панели) частях шахтного поля на III калийном горизонте вскрыты зоны малоамплитудных тектонических нарушений, а в северо-западной части обоих горизонтов – Островское тектоническое нарушение.
Все эти нарушения затрудняют отработку месторождения, создают угрозу прорыва подземных вод в горные выработки и требуют дополнительных геологоразведочных работ. Кроме того, вблизи тектонических нарушений увеличиваются углы падения пласта, встречаются трещины разрыва со смещением слоев, породы в зоне брекчированы и наблюдаются замещения сильвинитовых слоев каменной солью.
В южной краевой зоне на участках, примыкающих к контурам выклинивания калийных горизонтов, строение пласта характеризуется снижением мощности 3-го и 4-го сильвинитовых слоев, увеличением внутрипластовой каменной соли 3-4, снижением содержания КСL и резким воздыманием пласта под углом 6-7 и более 10 градусов. За линией выклинивания калийного горизонта могут иметь место обводненные песчаники, которые устанавливается геофизическими работами.
Гидрогеология.
Старобинское месторождение расположено в краевой северо-западной части Припятского артезианского бассейна. В пределах месторождения различают:
• надсолевой водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях;
• подсолевой водоносный комплекс в породах девона и верхнего протерозоя.
Названные водоносные комплексы образуют верхний и нижний гидрогеологические этажи, которые разделены водоупорными породами глинисто-мергелистой и соленосной толщ.
Водоносный комплекс в мезозойско-кайнозойских отложениях мощностью 100-120м относится к зоне активного водообмена и подстилается регионально выдержанными водоупорными породами ГМГ. Воды его преимущественно пресные используются для хозяйственного питьевого водоснабжения.
Подсолевой водоносный комплекс общей мощностью около 1000м приурочен к карбонатным породам фаменского яруса верхнего девона, к терригенным породам среднего и верхнего протерозоя, разделенных относительно водоупорными породами Водовмещающие карбонатные породы верхнего девона характеризуются низкой водообильностью и плохой проницаемостью. Водоносные горизонты терригенных пород среднего девона и верхнего протерозоя включают хорошо проницаемые обводненные песчаники соответственно старооскольского возраста и пинской свиты. Надсолевой и подсолевой водоносные комплексы разделены породами ГМТ и соленосной толщ мощностью 500-1000м, служащих надежными водоупорами, обеспечивающими гидрогеологическую закрытость нижнего гидрогеологического этажа. Взаимосвязь вод надсолевого и подсолевого комплексов исключается как по площади месторождения, так и в зонах дизъюктивных нарушений, где породы соляных отложений крепко спаяны соляным цементом, безводны и водоупорны. Верхняя часть осадочного чехла сложена проницаемыми породами, создающими благоприятные условия для инфильтрации атмосферных осадков и пополнения запасов подземных вод. Все водоносные горизонты этой части разреза гидравлически связаны между собой. Воды подсолевого водоносного комплекса представлены преимущественно крепкими рассолами. Водоносный горизонт песчаников пинской свиты мощностью 300-350м перекрыт слабопроницаемыми туфопесчаниками вулканогенно-осадочной толщи мощностью около 100м и подстилается породами кристаллического фундамента.