Уникальное месторождение магнетитовых руд – Качарское, — по запасам и качеству руд превосходит месторождения железорудного бассейна Верхнего озера в США, где добывается до 80% всей железной руды
В строении рудных залежей участвуют сплошные богатые и более бедные вкрапления магнетитовые руды с прослоями безрудных пород. Глубокими буровыми скважинами, пройденными на Качарском месторождении, установлено, что рудные залежи простираются на глубину более 1 км.
По условиям залегания (мощности пород покровной толщи 164 м, обводненности) Качарское месторождение аналогично, например, Сарбайскому, на котором имеется опыт строительства карьера. Однако необходимость ускоренного строительства Качарского карьера в этих условиях ставит перед проектировщиками целый ряд особых задач, делающих его уникальным объектом.
-
Общая характеристика месторождения
Месторождение находится в 55 км от г. Кустаная, на таком же расстоянии от него расположен г. Рудный. До ближайшей железнодорожной станции Озерное (линии Троицк — Кустанай) 22 км.)
В орографическом отношении площадь Качарского месторождения представляет собой степную равнину. Абсолютные отметки поверхности в районе месторождения колеблются от 189 до 197 м.
Основной водной артерией района является река Тобол и ее притоки Аят и Уй с притоком Тогузак. Река Тобол протекает в 50 км к юго-востоку от Качарского месторождения.
Климат района резко континентальный, характеризуется сухим и жарким летом и суровой продолжительной зимой. Преобладающее направление ветров юго-западное. Среднегодовое количество осадков в районе колеблется в пределах 147—504 мм и в среднем составляет 340 мм.
Проектное задание на строительство Канарского гор Но обогатительного комбината было выполнено институтом «Гипроруда» в 1959 г. в двух вариантах разработки: открытым и подземным способами. В октябре 1960 г. проектное задание было рассмотрено Советом Министров СССР, утвержден вариант открытых работ.
Границы карьера устанавливали исходя из значения расчетного экономически целесообразного коэффициента вскрыши 10 м 3 /м 3 и величины углов предельного откоса по рыхлой толще до 26° (в среднем 23—24°), по скальным породам 42—38°.
Форма карьера в плане приближается к кругу, размеры его на конец отработки следующие: длина по поверхности (в широтном направлении) 3000 т; ширина по поверхности (в меридиональном направлении) 2900 м; длина по дну 430 м; ширина по дну 175 м; глубина карьера 723 м; абсолютная отметка дна карьера — 530 м; площадь карьера по поверхности 7 372 000 м 2 .
Открытая разработка месторождения полезных ископаемых
... строительстве карьеров, а также при особых геологических и технологических условиях открытых разработок месторождений. К этому виду относится разработка россыпей, строительных горных пород, значительной части угольных и небольшой части рудных месторождений ... относительно земной поверхности, выделяются (по Ржевскому) 5 основных видов открытых разработок месторождений. Разработки поверхностного вида ...
Запасы руды в контуре карьера 1040 млн. т (313,5 млн. м 3 ).
Общее количество пустых пород 3532,4млн. т (1635,5 млн. м3 ), в том числе рыхлых и полускальных — 1800,9 млн. т (969,5 млн. м 3 ), скальных – 1731,4 млн. т (665,98 млн. м 3 ).
Производительность карьера по горнотехническим возможностям определена в размере 21 млн. т сырой руды в год, по горной массе 100 млн. т в год, в том числе по рыхлой вскрыше — 20 555 тыс. м 3 , по скальной — 16 154 тыс. м3 .
Мощность комбината по концентрату 10 164 тыс. т, по окатышам — 11 000 тыс. т.
Осушение карьера предусматривается подземным способом. Запроектированная дренежная система включает два шахтных водоотливных ствола, дренажные штреки со сквозными фильтрами и восстающими скважинами, комплексземного водоотлива и комплекс вспомогательных дренажных мероприятий в карьере.
Подземная дренажная система состоит из северо-запад- г о парного штрека, проходимого на горизонте —50 м в зоне альб-сеноманских песков и конгломератов, и южных дренажных штреков, проходимых между стволами № 1 и 2, положенных на нескольких горизонтах (—50, —180 м и ниже).
Южные дренажные штреки служат для отвода подземных вод из карьера и дренажа зон тектонических нарушений. Для откачки подземных вод из дренажной системы шахтных стволов сооружаются подземные насосные станции с водосборниками.
В качестве вспомогательных осушительных сооружений в карьере намечается построить горизонтальный дренаж в подошве сантонских и альб-сеноманских песков в постоянных бортах карьера, передовые дренажные траншеи для осушения верхнеолигоценового водоносного горизонта, иг-лофильтровые установки и противофильтр анионные завесы для осушения рабочих бортов карьера.
Системой разработки предусматривалось толщу рыхлых отложений от дневной поверхности до горизонта +152—159 м и от кровли скальных коренных пород до отметки 82—96 м отрабатывать экскаваторами ЭРГ-1600 на конвейерный транспорт с установкой комплексов непрерывного действия на горизонтах 155 м (h y = 40—37 м) и 51 м (h y = 40 и 10 ж нижним черпанием).
Для удаления полускальных пород средней мощностью 64 м при высоте уступа 16 м используются экскаваторы ЭКГ-8(8) с погрузкой на железнодорожный транспорт. Отработка коренных пород и добычные работы производятся уступами 20 м экскаваторами ЭКГ-8(6) также на железно-дорожный транспорт.
Полускальные и скальные породы, а также руды отрабатываются с предварительным рыхлением буровзрывными работами.
Вскрытие осуществляется тремя основными вскрывающими выработками: одной для горизонтов покровной толщи, разрабатываемых роторными экскаваторами; двумя — Для руд, полускальных и скальных пород.
Системы подземной разработки с обрушением руды и вмещающих пород
... с отбойкой руды глубокими скважинами на горизонтальные компенсационные пространства, вертикальные компенсационные пространства и на зажатую среду. Открытая разработка рудных месторождений Совокупность горных ... нижнему. Поэтому в процессе ведения работ карьер приобретает уступную форму. Горизонтальный слой толщи пустых пород или полезного ископаемого, разрабатываемый самостоятельными средствами ...
Южный и Северный участки включаются в отработку одновременно и, таким образом, в первые годы образуются два карьера. Слияние этих карьеров в один происходит на горизонте 155 м, разрабатываемом экскаваторами ЭРГ-1600.
2.Геологическое
Качарское месторождение отличается большой мощностью мезозой-кайнозойских отложений (до 200 м), которые покрывают породы и руды палеозойского складчатого фундамента.
Рисунок 1. Рис. 7. Геологическая карта горизонта палеозойских пород Качарско месторождения. 1 — покровные отложения; 2 — мраморизованные и вестняки; 3 — порфириты, пироксены и их туфы; 4 — ороговикованны туфы; 5 — гранит-порфиры с вкрапленниками кварца; 6 — гранит-по фиры без вкрапленников кварца; 7 — массивные магнетитовые руды; 8 — вкрапленные магнетитовые руды; 9 — скаполитовые породы; 10 пироксен-альбитовые породы.
Комплекс палеозойских пород (рис. 1) представлен осадочно-вулканогенной свитой пород нижнекарбонового возраста (эта свита, непосредственно вмещающая оруденение слагается мраморизованными известняками, песчано-глинистыми породами, порфиритами, альбитофирами, туфами и хуфобрекчиями, значительная часть этих пород частично или полностью замещена магнетитовыми рудами), дорудными и послерудными гранит-порфирами, скарнами и рудами, образованными в зоне контакта гранит-порфиров с породами осадочно-вулканогенной толщи; дайками диабазовых пор-фиритов и альбитофиров.
Первичные условия залегания осадочно-вулканогенной свиты пород не сохранились. Свита подверглась тектоническим воздействиям, благодаря которым рудная зона и вмещающие ее породы приобрели складчатую структуру, местами осложненную сбросами различных направлений.
На месторождении выделяются два участка — Северный и Южный, которые разделены между собой крупным сбросом и различаются как по структуре и форме оруденения, так и по составу слагающих их руд.
На Северном участке сосредоточена большая часть разведанных запасов месторождения (до 90%).
Рудная залежь здесь представлена в основном двумя пластообразными телами массивных магнетитовых руд, разделенными по высоте толщей скарнов мощностью до 30 м.
Длина верхнего (главного) тела по простиранию около 3 км, средняя мощность 150 м. Центральная часть этого тела состоит главным образом из малосернистых и малофосфорных руд, значительная доля которых может быть отнесена к мартеновским. К периферии массивные богатые руды сменяются богатыми вкрапленными, затем убогими, которые, в свою очередь, переходят в скаполитовые породы с вкрапленностью магнетита и в первичные порфириты.
Нижнее тело мощностью 140 м и простиранием 1,8 км также представлено богатыми рудами с повышенным содержанием пирита и апатита.
Оба тела имеют сложное складчатое строение, поэтому углы падения их изменяются в широких пределах — от 15 до 45°.
Ширина рудных тел колеблется от 650 до 1200 м. Общая площадь горизонтальной проекции рудной зоны составляет примерно 3 км2 .
Рудная залежь Южного участка представлена одним крутопадающим линзообразным телом. Падение тела крутое (45—70°) на северо-восток, длина по простиранию 600 м. По глубине оно прослеживается на 500 м. Максимальная мощность тела 260 м, средняя — 150 м.
Залежь сложена в основном богатыми рудами с повышенным содержанием фосфора. К висячему боку богатые руды переходят во вкрапленные. С северо-западного и южного флангов залежь выклинивается, переходя по простиранию в известняки, эффузивы или гранит-порфиры. С востока по падению она срезана дизъюнктивом и контактирует с интрузией гранит-порфира.
Древняя кора выветривания захватывает всю верхнюю часть палеозойских пород. Мощность ее достигает 35 м, в среднем составляет 5—6 м. Вмещающие интрузивные породы и породы осадочно-вулканогенной толщи приобретают в коре выветривания глиноподобный характер.
Коренные породы и руды, слагающие месторождение, погребены под мощной толщей мезозой-кайнозойских отложений, представленных глинами, песками, песчаниками и опоками (рис. 2).
Суммарная мощность ее 130—200 т, в среднем 164 м. Рельеф поверхности палеозойских пород довольно расчлененный. Абсолютные отметки изменяются от -10 до +80 м.
Покровная мезозой-кайнозойская толща залегает почти горизонтально; она сложена слоями, довольно хорошо выдерживающимися на всей площади месторождения.
В основании толщи залегают альбсеноманские континентальные отложения, представленные в низах конгломератами, песками и глинами. Верхняя часть этого горизонта сложена серыми глинами с прослоями песка и угля. Средняя мощность горизонта 19 м, он заполняет пониженные места в палеозойском фундаменте.
Рисунок 2. Геологический разрез Качарского месторождения по линии А—Б. Условные обозначения те же, что на рисунке 1.
Выше залегают сантонские прибрежно-морские и лагунные отложения средней мощностью 32 м, представленные’ перемежающимися слоями песков и глин.
Отложения сантона покрыты морскими отложениями нижнего Маастрихта, состоящими из песчаников, глин и опок. Средняя мощность этого горизонта 30 м, большая часть пород представлена сцементированными разностями — песчаниками и опоками.
Выше залегают эоценовые отложения, в нижней части представленные глауконито-кварцевыми песчаниками, а в верхней части — опоками. Средняя мощность песчаников 23 м, опок —19 м. Над эоценовым горизонтом залегают эоцен-олигоценовые чеганские плотные глины мощностью 35 м.
И наконец, е самом верху толщи расположены верхне-олигоценовые, неогеновые и четвертичные суглинки и пески. Средняя суммарная мощность их 6—10 м.
Таким образом, с практической точки зрения, всю толщу мезозой-кайнозойских отложений можно разделить (сверху вниз) на 3 части, каждая из которых характеризуется определенными литологическими и физическими свойствами.
-
Песчано-глинистые отложения (четвертичные — эоценовые) со средней суммарной мощностью 43 м.
Горизонт опок и песчаников с прослоями плотных глин (полускальные породы) -— 71,7 м.
Кварцево-глауконитовые пески, пестроцветные глины —51,3 м.
Объемный вес и коэффициент разрыхления вскрышных пород и руд охарактеризованы в таблице 1.
Таблица 1. Объемный вес и коэффициент разрыхления вскрышных пород и руд
|
Породы и руды |
Объемный вес, г/м 3 |
Коэффициент разрыхления начальный остаточный |
|
|
Руды Северного участка |
3,1 |
1,5 |
1,25 |
|
Руды Южного участка |
3,6 |
1,5 |
1,25 |
|
Скальные породы |
2,6 |
1,5 |
1,25 |
|
Полускальные породы |
1,8 |
1,35 |
1,15 |
|
Рыхлые породы |
1,8 |
1,15 |
1,05 |
3.Характеристика руд
На месторождении выделяются два основных типа руд: массивные магнетитовые и вкрапленные магнетитовые.
Местами на самых верхних горизонтах зоны оруденения встречаются окисленные (мартитовые) руды. Удельное значение их невелико. Больше всего окисленных руд на Южном Участке, но и там их количество не превышает 2 % от суммарныx запасов по участку.
Массивные магнетитовые руды на месторождении распространены очень широко. Количество их превышает 50% от всех балансовых запасов. Они имеют довольно просто минеральный состав. Главным рудообразующим минералом является магнетит (60—90%).
Из других рудных минералов присутствуют пирит, а также в небольшом количестве — халькопирит, сфалерит, борнит, пирротин, халькозин, галенит.
Вкрапленные руды имеют тот же минеральный состав что и массивные. В зависимости от преобладания того ил другого нерудного минерала среди этих руд встречаются скалолитовые, скаполит-пироксеновые, альбитовые и другие разновидности. Резко преобладают скаполитовые руды. Они составляют 90% всех вкрапленных руд.
Кроме описанных выше типов руд, слагающих основную массу запасов, на месторождении в незначительном количестве присутствуют еще так называемые железо-глиноземиетые руды. Они представляют собой конгломерат и залегают непосредственно над породами коры выветривания Наиболее распространены они на Южном участке, хотя в виде маломощных линз встречаются и на Северном.
Окисленные руды имеют весьма ограниченное распространение в зоне выветривания палеозойских пород и руд Нижняя граница зоны окисления неровная. Она понижается близ зон тектонического нарушения и поднимается на участках спокойного залегания руд.
Мощность зон окисления обычно не превышает 10 м, изредка достигает 20—25 м. Окисленные руды встречены главным образом на Южном участке. Рудный минерал в них представлен мартитом и полумартитом. Нерудные минералы те же, что и в первичной зоне, но сильно каолинизированные
К балансовым рудам относятся первичные магнетитовы руды с содержанием железа больше 30% и окисленные марганцевые руды с содержанием железа больше 46 %.
Первичные руды с содержанием железа 30—20% и OKHQ ленные с содержанием железа 46—30% относятся к забалансовым.
В соответствии с этим на месторождении выделяются семь промышленных сортов руд (табл. 2).
Распределение запасов руд по промышленным сортам приведено в таблице 3.
Таким образом, на Качарском месторождении преобладают вкрапленные магнетитовые руды, суммарное количество которых (балансовых и забалансовых) в 2 раза превышает запасы массивных богатых руд.
Среднее содержание железа во всех рудах месторождениях 39%, а в балансовых — около 45%. 40
Наиболее ценными рудами на Качарском месторождении являются мартеновские и доменные, не требующие обогащения и агломерации. Подавляющая масса их сосредоточена, как уже отмечалось, в границах верхней богатой зоны Северного и частично Южного участка.
Наиболее ценными рудами на Качарском месторождении являются мартеновские и доменные, не требующие обогащения и агломерации. Подавляющая масса их сосредоточена, как уже отмечалось, в границах верхней богатой зоны Северного и частично Южного участка.
Общие запасы богатых руд со средним содержанием железа около 55% составляют 467 млн. т, что значительно превосходит подсчитанные запасы богатых руд Сарбайского месторождения.
Таблица 2
|
сорт |
руды |
содержание, % |
||||
|
железо |
кремнозем |
сера |
фосфор |
цинк |
||
|
1 |
Мартеновские |
54 |
14 |
0,15 |
0,15 |
0,15 |
|
2 |
Доменные |
46 |
— |
0,3 |
0,3 |
— |
|
3 |
Магнетитовые богатые сернистые |
46 |
— |
0,3 |
— |
— |
|
4 |
Магнетитовые бедные сернистые |
46-30 |
— |
0,3 |
— |
— |
|
5 |
Магнетитовые убогие сернистые (забалансовые) |
30-20 |
— |
— |
— |
— |
|
6 |
Окисленные (богатые) |
46 |
— |
— |
— |
— |
|
7 |
Окисленные бедные забалансовые |
46-30 |
— |
— |
— |
— |
Таблица 3
|
сорт |
руды |
Среднее содержание железа, % |
Категория запасов, млн. т. |
|||
|
А 2 |
В |
С 1 |
всего |
|||
|
1 |
Мартеновские |
59,4 |
34 |
51 |
8 |
93 |
|
2 |
Доменные |
55,11 |
22 |
38 |
47 |
107 |
|
3 |
Магнетитовые богатые сернистые |
54,12 |
36 |
200 |
28 |
264 |
|
4 |
Магнетитовые бедные сернистые |
36,57 |
93 |
177 |
143 |
413 |
|
5 |
Магнетитовые убогие сернистые (забалансовые) |
26,37 |
15 |
167 |
159 |
341 |
|
6 |
Окисленные (богатые) |
55,8 |
— |
2 |
1 |
3 |
|
7 |
Окисленные бедные забалансовые |
38,35 |
— |
1 |
1 |
2 |
|
итого |
39,59 |
200 |
363 |
387 |
1223 |
Гидрогеологические условия Качарского месторождения
характеризуются наличием пяти водоносных горизонтов.
1. Горизонт четвертичных отложений, воды которого
приурочены к суглинкам и олигоценовым пескам. Мощность
горизонта 1 — 10 м, глубина залегания 0,2—4,5 м от поверхности. Водоупором служат чеганские глины. Коэффициент
(К ф )
2. Второй горизонт, приуроченный к толще опок и песчаников общей мощностью от 55 до 70 м, содержит напорные пластово-трещинные воды. Пьезометрические уровни горизонта устанавливаются на глубине 5,4—18,0 ж от поверхности. Кф = 0,0019—0,12 м> сутки.
-
Третий водоносный горизонт разделяется на два подгоризонта. Первый из них заключен в песчаниках нижнего Маастрихта мощностью 0,85—5 м, второй — в косослоиетых песках мощностью 0,5 —14 м. Подгоризонты разделены аргиллитоподобными глинами средней мощностью 14 м, кровля которых находится у отметки +65—70 м. Воды напорные, пьезометрические уровни устанавливаются на глубине 12— 27 м. Кф = 0,006—0,009 м/с утки.
Воды четвертого водоносного горизонта приурочены к пескам альб-сеномана и нижнего сантона, которые развиты в виде небольших разобщенных линз средней мощностью 3— 4 м. Нижним водоупором служат глины коры выветривания и скальные породы, что указывает на связь этих горизонтов с пятым. Воды высоконапорные, пьезометрические уровни устанавливаются на глубине 22—27 ж от поверхности. К ф =0,12 н- 3,6 м/сутки.
Скальные породы содержат трещинные напорные воды пятого водоносного горизонта. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубине 21—38 ж от поверхности. Коэффициент фильтрации изменяется от 0,00005 до 0,05 ж/сутки. В зонах нарушений Кф достигает 0,96 м/сутки.
м 3 /час.
Гидрогеологические и инженерно-геологические условия карьерного строительства и эксплуатации рудника на месторождении являются сложными и требуют специальных инженерных мероприятий по предварительному осушению надрудных и рудовмещающих пород и созданию устойчивости бортов карьера.
Заключение
Освоение Качарского месторождения осложняется и мае штабом работ, с которым практика строительства отечественных карьеров еще не сталкивалась, и необходимость» достижения и сохранения высоких скоростей опускания горных работ, и тем, что проводить эти работы придется в об водненных и слабоустойчивых породах.
Большая проектная производительность карьера по руде (21 млн. т) и в целом по горной массе (100—115 млн. г), необходимость сокращения сроков ее достижения выдвигают на передний план вопросы режима горных работ, в частности вопросы об очередности ввода участков в эксплуатацию, интенсивности их дальнейшего развития в плане и в глубину с целью сокращения периода освоения проектной производительности и сохранения ее на заданном уровне с учетом выдачи требуемых сортов руды в период нормальной эксплуатации.
Установленная проектом предельная глубина карьера 723 м обусловливает ряд дополнительных проблем, связанных с изысканием рациональных средств и схем транспортировки руды и скальных пород с глубоких горизонтов, а также способов проветривания застойных зон. Эти же проблемы возникают при эксплуатации и других глубокозалегающих месторождений Кустанайского бассейна.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/rudnyie-mestorojdeniya/
Перспективы развития Кустанайского железорудного бассейна. Под ред. Н.В.Мельникова. А-А., 1972.
