введение - KAZNTU SANDYK логотип

ВВЕДЕНИЕ
Основные направления экономического и социального развития
Республики Казахстан предусматривает опережающего развитие сырьевой
базы металлургии, производство минеральных удобрений и нерудных
строительных материалов.
Казахстан богат минеральными ресурсами. Использование их в полной
мере является непременным условием ускоренного развития всех отраслей
промышленности республики.
Увеличение добычи полезных ископаемых требует выполнения
большого объема работ по строительству, техническому перевооружению и
реконструкции горных предприятий.
В Казахстане открыты более 100 месторождений полезных ископаемых.
Их них около 80 % относятся к полиметаллическим. Перед горнодобывающей
промышленностью Республики Казахстан стоят задачи интенсификации
добычи и переработки минерального сырья при минимальных затратах для
обеспечения все возрастающих потребностей народного хозяйства.
Глубинную часть месторождения «Молодежное» предусмотрено
разрабатывать шахтой «День независимости Казахстана». Шахта «ДНК»
находится в 1 км от города. В достаточной мере обеспечена сетью
асфальтовых и грунтовых дорог.
Энергетической базой шахты является ТЭЦ г. Хромтау обеспечивающей
эксплуатационные нужды шахты.
Месторождение “40 лет Казахской ССР – Молодежное” находится в
Южно - Кемпирсайском рудном районе на восточном склоне Орь –
Илекского водораздела в Северных Мугоджарах, в 12 км к северо-востоку от
города Хромтау Актюбинской области Республики Казахстан.
Транспортные условия в районе благоприятные.
Поверхность района представляет собой всхолмленную равнину,
имеющую понижение рельефа к востоку в сторону р. Орь и юго-востоку по
направлению к реки Уйсылкара.
Наибольшая высотная отметка – 487м, наименьшая – 307м.
Гидросеть в районе развита слабо и представлена левыми притоками р.
Орь, которые большую часть года не имеют проточной воды. В летне-осений
период реки почти пересыхают.
Климат района резко континентальный с продолжительной суровой
зимой и жарким, знойным летом с сильными ветрами. Среднегодовая
температура не превышает плюс 4 ̊ С.
Среднегодовое количество атмосферных осадков колеблется от 220 до
250 мм. Характерной особенностью климата является большое количество
ветреных дней с преобладающим западным и северо-западным
направлениями со средней скоростью ветра 4,3-5,2 м/с. В экономическом
отношении район сельскохозяйственно-промышленный. Основная отрасль
промышленности горнодобывающая, на базе месторождений хромовых руд
(Донской ГОК) и силикатно-никелевых руд (Батамшинский ГОК). Товарной
продукцией Донского ГОКа является рядовая руда и хромовый концентрат.
Электроснабжение предприятий Донского ГОКа осуществляется от
системы ЗАПКАЗЭНЕРГО.
1 Геология месторождения “Молодежная”
1.1 Геологическое строение района и месторождения
Месторождение “40 лет Каз. ССР – Молодежное” расположено в
пределах Восточной рудоносной зоны Южно – Кемпирсайского района и
приурочено к Кемпирсайскому ультраосновному массиву.
Кемпирсайский
массив
ультраосновных
пород
приурочен
к
Уралтаусскомуантиклинорию – структуре первого порядка, в пределах
которой выделяются брахиантиклинальные структуры второго и более
высоких порядков. На востоке Урлалтаусскийантиклинорий граничит со
структурой второго порядка в пределах Магнитогорского сиклинория –
Орским грабеном, на западе – с Самарским сиклинорием. Центрально –
Уральский мегантиклинорий ограничен разломами различной глубины
заложения; из которых хорошо выражены только омоложенные и молодые
глубинные
разломы
позднеорогенного,
платформенного
и
неотектонического периода развития района.
Главный Уральский глубинный разлом падает на восток под углом 7080̊ и состоит из большого количества параллельных кулисообразных
разрывов. К зоне данного разлома приурочено главное рудное поле
Кемпирсайского гипербазитового массива.
Сакмарско – Кокпетинский разлом разделяет Сакмарскую и
Зилаирскую структурно- формационные зоны. По нему отмечается надвиг
ордовикско-силурийских толщ Центрально – Уральского мегантиклинория
на верхнедевонские более молодые породы.
В обнаженной части Кемпирсайского поднятия разлом фиксируется
узкой зоной сбросов и надвигов меридионального простирания.
Из глубинных разломов более высоких порядков отмечается
Кемпирсайско-Хабарнинский разлом с азимутом простирания 340̊. Он
проходит с севера-северо-запада на юго-восток. Сам Кемпирсайский массив
рассекается относительно протяженными (первые десятки километров)
глубинными разломами.
Таким образом, в пределах юго-восточной части Кемпирсайского
массива выделено 27 структурных блоков, разделенных зонами
тектонических нарушений.
В геологическом строении района принимают участие отложения
меловой, палеогеновой и четвертичной систем и среднепалеозойской
интрузивно жильный комплекс.
Палеозойские породы собраны в складки и нарушены разломами, часть
из которых долгоживущие глубинные. К зонам глубинных разломов
приурочены массивы изверженных пород.
Мезозойские кайнозойские отложения лежат резко несогласно на
разных горизонтах выветрелых пород палеозоя и протерозоя.
Кемпирсайский массив представлен перидотитами и дунитами,
серпентинизированными в различной степени до глубины 1200 м.
Перидотиты представлены гарцбургитами и лерцолитами. Дуниты содержат
включения зерен пироксена.
Контакты между дунитами перидотитами обычно резкие, но иногда
постепенные переходы между породами.
Серпентины по дунитам Южно – Кемпирсайского рудного поля
являются вмещающими породами рудных тел.
Жильные породы массива предоставлены двумя сериями:
-жильные породы, генетически связанные с ультраосновной магмой,
представлены дунитами,
пироксенитами,антинолитами;
-жильные породы габброидной магмы, к которым относятся
оливиновые нориты, габбро-диабазы, горнблендиты.
Дуниты представлены маломощными жилами, которые секут линзы
хромовых руд и пород массива.
Пироксениты встречаются редко. По простиранию жилы
прослеживаются на несколько сот метров. Мощность их колеблется от 1,5 до
3,5 м.
Экзоконтакт с вмещающими породами представлен оторочкой черного
серпентинита.
Актинолитовые породы развиты на месторождениях, представлены
жилами небольшой мощности от 0,01 до 0,5 м.
Оливиновые нориты встречаются в виде даек мощностью 50-70 длиной
около 5 км.
Габбро – диабазы широко развиты в массиве, представлены дайками
широтного (70-100º) простирания с крутым падением, рвут рудные тела и
отмечаются относительные перемещения разорванных частей рудных тел.
Дифференциация и застывание магматических масс массива
происходило в условиях действия интенсивных тектонических напряжений,
на что указывают многочисленные разрывы сплошности пород различного
возраста.
На площади Кемпирсайского массива ультраосновных пород выявлено
более 160 месторождений и рудопроявлений, хромовых руд, которые
группируются в три рудных поля:
- южно – Кемпирсайское;
- западно – Кемпирсайское;
- степное.
Южно – Кемпирсайское рудное поле приурочено к юго-восточной
части
Кемпирсайского массива ультраосновных пород. На площади
рудного поля открыто 4 крупных месторождения: «40 лет Каз. ССР –
Молодежное», «20 лет Каз. ССР», «Алмаз – Жемчужина», «Миллионное».
Для месторождений данного рудного поля характерно наличие
нескольких рудных тел, расположенных кулисообразно относительно друг
друга.
Рудные тела разбиты разрывными нарушениями, обычно сбросо –
сдвигового характера на отдельные блоки. Вертикальная амплитуда их от
метра до 200 м и даже 350 м. Наиболее оптимальными зонами локализации
месторождений хромитовых руд на площади Южно – Кемпирсайского
рудного поля являлись Западная и Восточная рудоносные полосы.
Из других полезных ископаемых района следует отметить: силикатные
кобальт – никелевые руды, железные руды, магнезиты, ультраосновные
породы, минеральные краски и строительные материалы.
Месторождение «Молодежное» расположено в пределах Восточной
рудоносной полосы Южно – Кемпирсайского рудного поля.
Породы Кемпирсайскогоультраосновного массива на месторождении
перекрыты маломощным платформенным чехлом, который представлен
отложениями мезокайнозия.
В геологическом разрезе выделяются (сверху – вниз):
- четвертичные отложения, представленные продуктами разрушения
коры выветривания коренных пород, обломками изверженных пород,
опоковидными песчаниками, песками и глинами. Четвертичные образования
встречаются по оврагам и их склонам. Мощность этих отложений достигает
1,2 м;
- палеогеновые отложения представленные опоками, опоковидными
глинами, окремненными опоками и глинами. Мощность их колеблется от 0
до 15,5 м;
-верхнемеловые отложения, которые залегают на размытой
поверхности ультраосновных пород и представлены песками, фосфоритами,
известковыми глинами. Мощность их достигает 10,8 м.
Изверженные породы месторождения представлены серпентинитами
по гарцбургитам, дунитам, пироксеновым дунитам, пироксенитами и габбро
– диабазами.
Серпентиниты по дунитам и пироксеновым дунитам больше развиты
вблизи рудных тел, серпентиниты по гарцбургитам развиты больше на
западном и восточном флангах месторождения.
Пироксениты и габбро- диабазы образуют дайки, пересекающие
серпентиниты по дунитам, пироксеновым дунитам и перидотитам и рудные
тела месторождения.
Серпентиниты по гарцбургитам – это массивная горная порода с
порфировидным обликом, темно – зеленого цвета с неровным изломом. В
зоне гипергенных процессов отмечаются оливин и ромбический пироксен.
Иногда встречается в небольшом количестве моноклинный пироксен. Всегда
присутствует акцессорный хромшпинелид. Из вторичных минералов
присутствуют: серпентин – хризотил, антигорит, бастит, серпофит, реже –
амфибол, хлорит, пылевидные зерна магнетита.
Серпентиниты по дунитам – массивная горная порода темно –
зеленого, серовато – зеленого и желтовато – зеленого цвета с ровным
изломом. В составе реликтов первичных минералов отмечается оливин в
количестве не более 25%, пироксен – 3-5%. Акцессорный минерал
представлен хромшпинелидом. Вторичные минералы встречаются
спорадически и представлены тремолитом, хлоритом, тальком и бруситом.
Серпентиниты по пироксеновым дунитам макроскопически похожи на
серпентиниты по дунитам, но имеют повышенное содержание зерен
ромбического, а иногда и моноклинного пироксена – до 15%.
Геологоразведочными работами элементов складчатой тектоники не
установлено.
Разрывные нарушения, имеющие сбросо – сдвиговый характер,
отмечены в северной и южной частях месторождения и делят его на три
крупных и один мелкий блоки, которые в свою очередь разбиты более
мелкими нарушениями.
Плоскости сбрасывателей сбросо – сдвигов подают на юг и юго-запад
под углом 70-85º. Вертикальная амплитуда перемещения по сбросам
небольшая – от 8-16 до 42 м.
Тектонические нарушения I системы имеют северо-восточное
простирание и падение на восток и юго-восток под углом 60-85º.
Тектонические нарушения данной системы приурочены в основном к
горизонту минус 215 м.
Тектонические нарушения II– ой системы имеют подчиненное
значение, северо-восточное простирание и падение на юго-восток и северозапад под углом 60-85º, встречаются редко.
Тектонические нарушения IIIсистемы широко распространены на
месторождении, имеют северо-восточное и юго-восточное простирание и
падение на юог – восток и юго-запад под углом 70-80º.
Тектонические нарушения IV системы распространены Ра
месторождении в меньшей степени, имеют юго-восточное простирание и
падение на юго-запад под углом 70- 80º.
Таким образом, на месторождении преобладают тектонические
нарушения северо-восточного и юго-восточного простирания с крутыми
углами падения. Часто зоны тектонических нарушений сопровождаются
трещиноватостью. При проходке горных выработок в таких зонах
образуются вывалы. Месторождение хромитовых руд локализуется в
ультраосновных породах представленных в различной степени
серпентинизированными перидотитами, дунитами, и состоит из двух
крупных залежей, размещенных на разных рудных горизонтах.
В пределах месторождения установлено 25 рудных тел, кулисообразно
расположенных друг к другу. Балансовые запасы рассчитаны по 18 рудным
телам. По промышленным категориям (А+В+С1) разведаны самые крупные
рудные тела 3,4 и 22, в которых сосредоточено 98% всех запасов, и часть
рудного тела 14.
Верхняя рудная залежь представлена рудными телами 3,4 и
сопровождающими их линзами, глубина залегания колеблется от 10,9 – 15,6
м до 290 м (р.т. №4).
Для этой части месторождения характерно общее меридиональное
простирание.
Нижняя рудная залежь расположена на глубине 420-600 м от
поверхности и представлена крупным рудным телом 22 и несколькими
мелкими линзообразными телами.
Рудное тело 22 простирается на северо- восток, образуя с общим
простиранием месторождения угол 40º.
Рудное тело 14 с общими запасами 1,5 млн. т находится на глубине
267,0-321,0 м от поверхности, но удалено от карьера по простиранию и
вместе с р.т. 15 с незначительной подкарьерной частью р.т. 4 образуют
среднюю зону между открытыми и подземными работами.
Рудное тело 22 является самым крупным. Длина его по длинной оси
равна 1540 м, ширина колеблется от 25 до 320 м. Мощность рудного тела
изменяется от 1,0 м до 141,1 м (скв.№76). Залегает рудное тело почти
горизонтально, погружается к юго-западу. На юге и севере при
выклинивании рудное тело расщепляется. Глубина залегания висячего блока
рудного тела колеблется от 422 м на севере до 602 м на юге. Хромовая руда
этого рудного тела представлена, в основном, богатой и очень богатой
разностями.
1.2 Качественная характеристика руды
Месторождение «40 лет Каз. ССР – Молодежное» представлено
массивными крепкими слабой крепости рудами, очень редко отмечаются
рыхлые. Массивные руды представлены сплошными и вкрапленными
текстурами, с крепким, обычно серпентинитовым, цементом.
Рыхлые руды с частично выщелоченым цементом встречаются в зоне
гипергенных процессов до глубины 70 м и вблизи зон разломов на более
глубоких горизонтах.
По текстурным признакам хромовые руды месторождения
разделяются на вкрапленные и сплошные. Преобладают вкрапленные
разности, в которых зерна и агрегаты хромшпинелида различного размера и
различной густоты вкрапленности сцементированы серпентинитом,
серпентинитом оп дуниту и реже, в зоне гипергенеза, кварцем и
гидроокислами железа.
Вкрапленные руды приурочены к краевым частям рудных тел.
Сплошные руды образуют шлиры, гнезда, небольшие линзы и полосы –
рудные столбы среди вкрапленных руд, слагая центральные части рудных
тел.
По густоте вкрапленности хромшпинелидов руды разделяются на убого
-, редко -, средне -, густовкрапленные и сплошные.
По величине зерен и агрегатов хромшпинелидов руды разделяются на
мелко -, средне -, крупнозернистые и нодулярные (с овальной формой
агрегатов зерен с диаметром свыше 5 мм и размером нодуля 1-3 см,
равномерновкрапленные). Этими рудами сложены висячий и лежачий блока
и краевые части рудных тел месторождения «Молодежное».
В зависимости от величины зерен (агрегатов зерен) и характера их
расположения в центрирующем веществе среди вкрапленных руд
выделяются следующие типы:
- маковый – это тонкозернистый вкрапленник с величиной рудных
зерен от 0,1 до 2 мм;
- рябчиковый – это средне и крупнозернистый вкрапленник с
величиной зерен от 2 до 5 мм. Для макового и рябчикового вкрапленников
характерно равномерное распределение рудных зерен в цементе;
- такститовые, среди которых выделяются ленточные и пятнистые.
Ленточная вкрапленность представляет чередование полос с
различной густотой вкрапленности хромшпинелидов. Пятнистая
вкрапленность характеризуется постепенным переходом сгустков (пятен)
густовкрапленных хромовых руд в релковкрапленные.
Сплошные руды также обладают зернистым строением и по крупности
зерен разделяются на:
- мелкозернистые, с величиной зерен до 1 мм;
- среднезернистые, с величиной от 1 до 3 мм;
- крупнозернистые, с величиной зерен более 3 мм.
Минералогический состав хромовых руд непостоянен и зависит от
степени изменения их вторичными процессами.
Первичным
рудообразующим
минералом
является
хромшпинелидмагнохромитового состава. Из нерудных первичных
минералов распространены реликты оливина, ромбического пироксена, редко
– клинопироксена. Основную массу нерудного вещества составляют
вторичные минералы группы серпентина (хризоти, антигорит, бастит,
серпофит), а также амфиболы, хлорит, тальк, брусит, карбонаты и др.
Весовые содержания минералов в рудах колеблются в широких
пределах. Так, количество хромшпинелида доходит до 90% при средних
значениях в балансовой руде от 75 до 82%.
Из минералов, цементирующих кристаллы хромшпинелида и хромовых
руд, наибольшее развитие имеют серпентин и карбонаты.
Содержание серпентина колеблется от 5 до 40% и выше при средних
значениях в балансовых разновидностях руд от 8 до 15%. В сильно
выветрелых (порошковатых) разностях руд серпентин почти полностью
замещен карбонатами, гидроокислами железа, аморфным кварцем.
Количество карбонатов в руде колеблется от десятых долей 25%.
Главным химическим компонентом является оксид хрома, вместе с
оксидами железа, магния, алюминия и кремния составляющий 94-98% массы
руды.
В среднем, в запасах категории В+С1 содержания оксида хрома
составляет 50,2% кремнезема – 6,8%. Из вредных примесей в рудах в
незначительном количестве присутствует фосфор (содержание 0,0030,004%). Содержание окиси кальция, лимитируемое техническими
условиями, в богатых рудах составляет около 0,5%.
Полуколичественными спектральными анализами в рудах выявлены
медь (0,005-0,02%) и ванадий (0,001-0,03%).
Содержание элементов – спутников в хромовых рудах месторождения
колеблется: титана – от 0,02 до 0,17%; марганца – от 0,12 до 0,18%; никеля –
от 0,05 до 0,30%; кобальта – от 0,00 до 0,01% , обычно – менее 0,005%.
Встречающиеся в рудах выше приведенные элементы не представляют
промышленного интереса.
1.3 Инженерно–геологические условия разработки месторождения
Месторождение приурочено к дунитовым и перидотитовым
серпентинитам, перекрытым на большой площади маломощным покровом
песчаных, песчано-глинистых и опоковидных образований мезакайназоя.
Поэтому на месторождении условно выделено три инженерно-геологических
комплекса пород.
Первый комплекс представлен рыхлыми осадочными отложениями
(опоки, пески, опоко-видные глины с коэффициентом крепости по
М.М.Протодьяконову 3-4, плотность их колеблется от 2,0 до 2.5 т/м³.).
Второй комплекс представлен выветрелыми серпентинитами (до
глубины 50 м) с коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову 4-6,
плотностью пород 2,0 т/м³, имеют коэффициент разрыхления 1,32 и вес в
разрыхленном состоянии 1,5 т/м.³. Естественная влажность серпентинитов по
дунитам и передотитам -2-8%.
Третий комплекс представлен скальными серпентинитами с
коэффициентом крепости 8-10 и удельной плотностью 2,5 т/м³, коэффициент
разрыхления – 1,8, вес в разрыхленном состоянии – 1,4 т/м³.
Руды месторождения представлены двумя разновидностями: рыхлыми
и крепкими. Рыхлые руды встречаются на месторождении очень редко.
Контакты руд с вмещающими породами резкие, четкие без
посторонних переходов. Руды отличаются высокой образивностью и склонны
к слеживанию.
Рыхлые хромовые руды имеют коэффициент крепости по
Протодьяконову 4-6, плотность их колеблется от 2,9 до 3,7 т/м³ в зависимости
от степени разрушения и химического состава их. Пористость рыхлых
хромовых руд колеблется в пределах
10-35%, влажность – 2-15%.
Коэффициент разрыхления их составляет 1,6, вес в разрыхленном состоянии
– 2,3 т/м³. Рыхлые хромовые руды не обладают достаточной механической
прочностью и в процессе их добычи и различных перегрузок значительно
истираются.
Крепкие хромовые руды имеют коэффициент крепости по
Протодьяконову 8, удельную плотность – 3,3-3,8 т/м³ в зависимости от
содержания в них окиси хрома. Влажность крепких руд не превышает 5%,
коэффициент разрыхления – 1,6, вес в разрыхленном
состоянии – 2,3т/м³.
При перегрузке их также получается значительный процент мелкой фракции.
1.4 Гидрогеологические условия разработки месторождения
Месторождение расположено на восточном склоне Орь – Илекского
водораздела.
Областью разгрузки является р. Орь. Согласно карте
гидроизогипс, составленной для месторождения, определены уклон (0,010,08) и восточное направление потока. Подземные воды месторождения
представлены безнапорным водоносным горизонтом, приуроченным к
трещиноватым ультраосновным породам и рудной зоне.
Глубина залегания воды изменяется от 10,8 до 17,85 м. Проведенными
режимными наблюдениями установлено, что амплитуда колебания уровня
воды в течение года изменяется от 0,34 до 3,0 м. Фильтрационные свойства
пород
характеризуются
небольшими
величинами.
Наибольшей
водообильностью и максимальным коэффициентом фильтрации – 0,12
м/сутки обладают залегающие сверху рыхлые отложения. Однако, из-за
отсутствия выдержанной мощности рыхлых отложений водоносный
горизонт, связанный с ними, не является существенным. Дебиты скважин
изменяются от 0,004 до 0,072 м³/сутки.
В качественном отношении подземные воды относятся к пресным,
причем с глубиной минерализация несколько повышается.
Вода пресная, без запаха, без цвета, температура воды – 7-8ºС, на глубине
500 м – 9,8ºС.Плотный остаток - от 0,32г/л до 1,15 г/л. Содержание ионов в
воде имеет следующие пределы ( мг/л ): хлора – 3-147; магния – 2-69; рН –
7,8-11; жесткость общая – 2,7-7,49 мг – эквивалент.
По типу воды – хлоридно – гидрокарбонатно – натриево – кальциевые.
Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных
осадков.
В околоствольных массивах шахт месторождения «Молодежное»
выделены две основные водоносные зоны:
- первая – до глубины 50,0 м;
-вторая – в интервале глубин 437,1-582,6 м для Клетевого и Скипового
стволов и 180-470,0 м для Вентиляционного ствола.
Удельные водопритоки в этих зонах изменяются от 0,05 до 0,69 м³/час.
На конец проходки общие водопритоки подземных вод составляли: 23,6
м³/час – по Скиповому, 24,0 м³/час –Вентиляционному и 25,0 м³/час –
Клетевому стволам.
Рудные и подземные месторождения обладают агрессивностью по
отношению к бетону и металлам.
Учитывая небольшие коэффициенты фильтрации, а также уменьшение
притоков воды в скважины с глубиной в связи с затухающей
трещиноватостью и другими физическими факторами, влияющими на
интенсивность водообмена, высоких притоков воды в горные выработки не
ожидается.