CC BY
34
- © К.А. Кочнсв, А.М. Яковлев, 2013
УДК 622.355.013.3:658.62.018.012:622.271.3.06.001.57 К.А. Кочнсв, А.М. Яковлев
ГЕОМЕТРИЗАЦИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЫРЬЯ ШЕИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКОВ
Произведена геометризация сложно-структурного месторождения цементного сырья (известняков) с целью определения оптимального порядка его отработки. Создана модель месторождения, характеризующая его геологическую структуру.
Ключевые слова: геометризация, качество ырья, известняк, моделирование, планирование открытых горных работ.
ЖЖЖеинское месторождение XX! цементного сырья (известняки) расположено в 35км южнее города Челябинска, в 25 км юго-западнее города Коркино, в 40 км юго-западнее посёлка Первомайский, в 2 км юго-восточнее железнодорожной станции Клубника Южно-Уральской железной дороги.
Район месторождения характеризуется достаточно развитой горной промышленностью. Наиболее крупные предприятия, специализирующиеся на добыче полезных ископаемых — Коркинский угольный разрез и цементный завод филиала ОАО «Ла-фарж цемент» («Уралцемент»).
Шеинское месторождение цементных глин и известняков расположено в пределах восточного крыла крупной, меридионально вытянутой антиклинали, в ядре которой залегает Челябинский гранитный массив. В результате погружения оси антиклинали к югу от гранитного массива, на поверхности обнажаются комплексы силурийского, девонского и каменноугольного возраста.
По литологическому составу, указанные комплексы пород, представлены разнообразными вулканогенны-
ми и вулканогенно-осадочными образованиями.
Месторождение расположено на площади развития карбонатных пород шеинской серии (51—£2), слагающих западную и центральную части Шеинской структуры. Продуктивная толща сложена известняками серыми, реже темно и светло-серыми мелкозернистыми, реже среднезернистыми, тонкослоистыми, плотными, трещиноватыми, участками доломитизирован-ными.
Мощность полезной толщи, определяемая заданной глубиной подсчета запасов, принимается равной 50— 55 м. Вскрышные породы — пески, суглинки и глины средней мощностью от 36 м (Южный участок) до 90 м (Центральный участок).
Известняки Южного участка в основном чистые, серого, реже темно-серого цвета, мелкозернистые, массивные с прослоями доломитизиро-ванных пород (мощностью до 10 м), глинистых сланцев и дайками диоритового состава (мощностью от 04 до 170 м).
В толще известняков, имеющих юго-западное падение, встречаются доломитизированные разности, доло-
миты и линзовидные залежи песчаников и глинистых сланцев, а также редкие жилы и дайки гранит-пор-фиров, габбро-диабазов, габбро-диоритов и слюдисто-полевошпато-вых пород мощностью до 15—45 м. Протяженность этих образований достигает 120—480 м.
С поверхности известняки сильно трещиноватые, выветрелые до щебня и известковой муки. Кровля известняков характеризуется рельефом, присущим достаточно развитым карстово-эрозионным процессом.
Глубинный карст и некондиционные известняки с содержанием СаО менее 43 % и МдО более 34 % утверждены по Южному участку месторождения в количестве 87 % от общего объема известняков. На размытой поверхности известняков местами залегают мезозойские пески и глины, повсеместно развиты третичные глины и четвертичные суглинки. Средняя мощность глинистых пород составляет 36 м. достигая в зонах развития карста десятков метров.
Согласно имеющихся геологических отчетов средний химический состав кондиционных известняков Южного участка (в %):
СаО — 54,72 А12О3 — 0.39 Сг2О3 — 0.003 п.п.п. — 43,19
МдО — 0,67 Ре2О3 — 0,16 БО3 — 0,065
Б1О2 — 0,63 МпО — 0,026 Я2О — 0,137 Я2О5 — 0,014
Эксплуатация Южного участка подтвердила данные геологоразведочных работ по качеству известняков. Однако, там где сеть разведочных выработок весьма редкой, качество сырья оказалось хуже, чем предполагалось первоначально при подсчёте и утверждении запасов.
Сырьём для портландцемента могут служить карбонатные породы, со-
держащие не менее 40 % СаО, не более 38 % МдО, не более 12% БО3; содержание ЭЮ2, А12О3 и Ре2О3 должно обеспечивать необходимые значения коэффициента насыщения, силикатного и глиноземного модулей. Пригодность карбонатных пород при отклонении этих показателей от указанных значений определяется возможностью корректирования химического состава цементной шихты путем добавок; зависит она от состава глинистого компонента.
Практикой работы цементного завода установлено, что для производства портландцемента могут быть использованы карбонатные породы Шеинского месторождения с содержанием:
^ СаО (оксида кальция) — не менее 43%;
^ МдО (оксида магния) — не более 34%;
^ Р2О5 (оксидов щелочных металлов) — не более 1%;
^ БО3 (оксида серы) — не более 18%.
С целью понижения титра известняки при добыче шихтуются с некондиционными известняками, карстовыми породами и глинами верхнего уступа, что даёт возможность прироста запасов известняков и экономии запасов глин.
В целом месторождение имеет сложную структуру с большим количеством включений некондиционных пород и пород с низким содержанием полезного компонента. Поэтому с целью определения дальнейшего порядка отработки месторождения и обеспечения заданных кондиций на сырье коллективом авторов была произведена геометризация качественных показателей массива Шеинского месторождения известняков.
Рис. 1. Карта изолиний содержания CaO по горизонту +231м
Для этих целей был выбран пакет программного обеспечения Surfer Golden Software. Данный продукт позволяет создавать карты изолиний по координатам точек в пространстве. Исходными данными для моделирования послужили отчеты о геологоразведочных работах, проведенных на Южном участке Шеинского месторождения известняков в 1943— 1994 гг.
При формировании базы данных для Surfer была создана таблица, куда были занесены координаты геологоразведочных скважин в плоскости (x, y), в качестве высотной отметки z вводились данные опробования в нужной точке по высоте скважины. На основании сформированной базы данных методом кригинга (метод нахождения наилучшей оценки среднего значения пространственной перемен-
Рис. 2. Существующее положение горных работ
ной с использованием результатов опробования как внутри, так и вне оцениваемого блока) была построена сеть точек, лежащих на плоскости заданного горизонта и имеющих значения показателя содержания полезного компонента. На основе этой сети были построены изолинии содержания полезного компонента по горизонтам выемки (рис. 1).
Данные планы позволили определить наиболее рациональный порядок отработки месторождения, удовлетво-
ряющий требованиям, предъявляемым к кондициям на сырье.
В результате горно-геометрических расчетов был принят следующий порядок отработки месторождения: в работе до 2030 года находятся 4 горизонта (+253 м, +242 м, +231 м, +223,5 м), основная масса высококачественного известняка с содержанием СаО 45% и выше добывается с горизонта +223,5 м (работы развиваются с севера на юг), южная часть горизонта +253 м служит источником глины (не
Рис. 3. Положение горных работ на карьере Шеинского месторождения известняков на 2020 год
более 7—10 % от общего объема добычи), работы на горизонтах +253, +242 м и +231 м в первые два десятилетия ведутся в основном на западном фланге месторождения, где залегают доломитизированные известняки с содержанием СаО 36—38%, что приемлемо для усреднения (рис. 2, 3).
В 2030 году в разработку вводится горизонт +216 м, качество сырья на котором близко к идеальному (содержание СаО более 45%), основной объем добычи в этот период прихо-
дится на два нижние горизонта, а верхние горизонты подводятся к предельному контуру (рис. 4).
Восточный борт карьера, на котором находится масса промышленных сооружений и коммуникаций (усред-нительные склады, ж/д пути, АБК и т.д.) сохраняется до 2065 года, после чего усреднительные склады в карьере уничтожаются, а вместо них на поверхности рядом с выездом из карьера на юго-западе формируется один ус-реднительный склад насыпного типа.
Рис. 4. Положение горных работ на карьере Шеинского месторождения известняков на 2050 год
Таким образом, в результате проведенных исследований было установлено, что карьер, разрабатывающий Шеинское месторождение известняков, при правильном управ-
лении его рабочей зоной, может поставлять на цементный завод сырье с содержанием СаО не менее 46 %, что является очень высоким показателем. гтттт?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Кочнев Константин Анатольевич — аспирант, младший научный сотрудник лаборатории открытой геотехнологии,
Яковлев Андрей Михайлович— младший научный сотрудник лаборатории управления качеством минерального сырья,
Институт горного дела Уральского отделения РАН, [email protected] 92
