Саткинское месторождение магнезита расположено в Челябинской области в г. Сатка и является одним из крупных эксплуатируемых месторождений магнезита в России.
Впервые магнезит на Урале был обнаружен в Саткинской горнозаводской даче в виде песка, оказавшегося по исследовании разрушенной породой магнезиального шпата.
В 1896 году было открыто коренное месторождение на Волчей горе (Волчегорское), а в 1900 году – месторождение на горе Карагай (Карагайское) с магнезитами высокого качества. В этом же году провизором М.И. Маркусоном был заключен контракт с Горным ведомством на право эксплуатации этих месторождений. С этого времени началась промышленная разработка месторождений магнезита близ Сатки.
Реклама продукции магнезитового завода. 1901 г.
Саткинская группа месторождений представлена Саткинским, Никольским, Березовским и Ельничным месторождениями.
Саткинское месторождение условно разделяется на 8 участков (Каргинский, Палехинский, Волчьегорский, Степной, Северо-Карагайский, Карагайский, Гологорский и Мельничный), которые в процессе разработки рассматривались как самостоятельные месторождения, однако соединение их на нижних горизонтах позволяет считать эти участки в составе единого месторождения.
В геологическом отношении Саткинское месторождение магнезита представлено серией рудных тел пласто- и линзообразной формы длиной по простиранию от 1,3 до 3,6 км, по падению 100-150 м. Азимут простирания рудных тел 45-55°, падение на юго-восток под углом 35-45°. Мощность рудных тел 2-50 м, преимущественно – 8-20 м.
Геологический разрез Карагайского месторождения магнезита. 1937 г.
Месторождение залегает в доломитовой толще пород, которые собраны в широкие складки северо-восточного направления, осложненные мелкоскладчастостью и разрывными нарушениями типа надвигов, взбросов и сбросов.
Вмещающие породы залегают согласно рудным телам и представлены доломитом, сланцами и диабазами. Контакт вмещающих пород с рудой резко выражен, массив разбит трещинами различного направления. В залежах магнезита часто встречаются прослои доломита пластообразной формы. Доломиты и магнезиты прорваны секущими дайками диабазов мощностью до 10 м.
Магнезит массивный, слаботрещиноватый, достаточно устойчивый, коэффициент крепости по Протодьяконову – 10-11. Вмещающие породы – доломиты, блочно-плитчатой структуры, сильнотрещиноватые, коэффициент крепости – 11-12. Плотность руды в массиве в среднем составляет 2,9 т/м³, породы 2,8 т/м³.
Магнезит Саткинского месторождения обладает белым, серым или голубовато-серым (в выветрелом состоянии желтоватым) цветом и характеризуется кристаллическими мелко-, средне- и крупнозернистыми структурами, грубо- и тонкополосчатыми, радиально-лучистыми и звездчатыми текстурами.
Образец крупнокристаллического магнезита (темное — включения доломита).
В состав руды наряду с магнезитом входят вторичный белый доломит, кальцит, арагонит, кварц, опал, пирит и «углисто-глинистое вещество»; последнее состоит из хлорита, тонкорассеянного графита и небольших количеств кварца, серицита, талька, пирита и некоторых других минералов. В контактах с дайками диабаза в магнезитах и доломитах развиты тальк, серпентин, брусит, хлорит, магнетит, гидромагнезит, наблюдается повышенная концентрация пирита, встречаются другие сульфиды.
Саткинские магнезиты отличаются высоким содержанием окиси магния (до 46,6%), постоянством состава и небольшим количеством вредных примесей.
Карагайский карьер.
В конце 1970-х годов потребность в сыром магнезите для производства металлургических порошков и изделий оценивалась в схеме развития черной металлургии страны в количестве 5600 тыс. тонн в год.
Поскольку комбинат «Магнезит» был единственным предприятием в СССР, осуществляющим добычу магнезита, развитие его горного хозяйства определялось задачей выхода на этот рубеж.
Для возмещения выбывающих мощностей Карагайского карьера и разработки глубокозалегающих залежей высококачественного магнезита части Гологорского и Мельнично-Палехинского участков принимается решение о начале подготовительных работ по добыче магнезита подземным способом.
Впервые на уровне проектных проработок об отработке глубоких горизонтов Саткинской группы месторождений подземным способом было отражено в технико-экономическом обосновании для подсчета запасов, разработанном проектными институтами ВостИО и «Уралгипроруда» в 1977 году.
В июле 1979 года Минчермет СССР принимает решение об ускорении сроков разработки и утверждении экономического обоснования на строительство шахты, и о начале строительства производственно-технической базы шахтостроителей в г. Сатка и самой шахты (оснащение стволов) с начала 1980 года.
В октябре 1979 года министр черной металлургии СССР И.П. Казанец принимает беспрецедентное решение о финансировании строительства шахты до утверждения ТЭО и технического проекта за счет остатков лимита средств, выделенных ранее на реконструкцию и развитие комбината «Магнезит».
17 октября 1979 года комиссия из представителей комбината «Магнезит», института «Уралгипроруда», треста «Востокшахтопроходка», Бакальского ШСУ произвела выбор площадок строительства стволов и определение местонахождения центра стволов.
У истоков начала проектирования и строительства шахты «Магнезитовая» стояли директор комбината Гапонов Я.Г., начальник Горного управления (ГУ) Лесников В.В., главный инженер ГУ Чистяков Ю.Н., главный маркшейдер ГУ Працюк Ф.М., главный геолог ГУ Зоська А.В., начальник ПТО ГУ Сергеев В.А., зам. Начальника ПТО Шкуропатов В.Н., главный энергетик ГУ Плешков В.М., начальник УКСа Горбаненко М.А., гл. инженер УКСа Солонин А.П., начальник Бакальского ШСУ Иванов Е.Н., гл. инженер Кошта А.Э., начальник шахты Доновский П.Н., нач. участка Пешнин Н.В., гл. инженер проекта Якурнов Е.П.
Строительство второй магнезитовой базы страны на запасах месторождений в Иркутской области и Красноярском крае из-за неосвоенности территории требовало громадных капитальных вложений. Поэтому было принято решение до конца столетия обеспечение народного хозяйства магнезитом осуществлять за счет комбината «Магнезит» с соответствующим развитием его сырьевой базы. В календарных планах развития горных работ для ликвидации дефицита в сырье с 1987 года предусматривалась добыча с шахты «Магнезитовая».
На строительстве шахты «Магнезитовая» в 1981 году при плане 1250 тыс. руб. освоено 1558 тыс. руб.
В 1980 году началось строительство шахты «Магнезитовая» силами Бакальского шахтостроительного управления №7 треста «Востокшахтопроходка» (после акционирования – ТОО «Бакалшахтострой»).
Проектная производительность шахты определялась для 1-й очереди эксплуатации – 2400 тыс. тонн и для 2-й очереди – 3500 тыс. тонн магнезита в год. В проекте строительства шахты «Магнезитовая» был предусмотрен подземный дробильный комплекс для селективной переработки четырех сортов добываемого сырья, околоствольный двор центральных стволов шахты станционного типа с главной выработкой площадью сечения 42 м². Это новое в практике строительства рудных (нерудных) шахт техническое решение упрощало схему околоствольного двора, повышало безопасность труда в нем, сокращало объемы горно-капитальных работ, автоматизировало операции откатки.
В 1982 году по временным схемам оснащения шахтной поверхности в проходке находились все 3 шахтных ствола. Параллельно с проходкой стволов приступили к проходке горизонтальных выработок, в том числе и штольни по гор. +340 м из Карагайского карьера. К концу 1985 года клетевой ствол достиг глубины 357 м, скиповой – 352 м, вентиляционный – 343 м.
Строительство шахты «Магнезитовая» продолжалась с постоянным наращиванием объемов, и комбинату «Магнезит» было предложено пригласить для ведения работ второго подрядчика – Южно-Уральское шахтостроительное управление (пос. Межевой).
Строительство объектов на поверхности ствола Вентиляционный. 1985 г.
В 1993 году силами подрядчиков ЮУШСУ и БШСУ приступили к подготовке опытно-добычного блока (ОДБ). С целью сокращения сроков строительства и сокращения затрат было принято решение о замене «Вспомогательного» ствола штольней гор. +340 м и оставить на постоянную эксплуатацию проходческий копер «Север-1» на стволе «Вентиляционный».
Руддвор ствола «Вентиляционный» гор. +340 м.
В связи с прекращением централизованного финансирования, объемы капитальных вложений в строительство шахты уменьшились. Для удешевления стоимости строительства шахты в июне 1994 года в составе ОАО «Комбинат Магнезит» было организовано структурное подразделение – шахта «Магнезитовая».
Кадры на шахте были укомплектованы за счет трудящихся «Бакалшахтостроя», перешедших на комбинат, и небольшим коллективом ИТР комбината, осуществляющим контроль строительства. Задачи вновь созданного цеха определялись как окончание строительства объектов шахты и организация добычных работ. Поначалу к шахте отошла промплощадка ствола «Вентиляционный» и «База шахты».
Шатровый копер ствола «Вентиляционный».
Для подземных горных работ в 1994 году через «Норильский никель» было приобретено два комплекта самоходного оборудования: буровые установки Tamrock Minimatic-205, погрузочно-доставочные машины Tamrock TORO-300D, самоходный кровлеоборочный полок Utilift-807В и вспомогательные машины типа ВОМ-1А.
В 1995 году процесс организации шахты был завершен, и центральная группа стволов, на которой еще работал «Бакалшахтострой», также вошла в состав комбината. Первоначально созданное как самостоятельное структурное подразделение шахта «Капитальная» позднее объединена с «Магнезитовой».
С 1995 года все подземные работы, включая строительные, ведутся силами шахты. На долю подрядчиков остались лишь общестроительные работы на шахтной поверхности. На строительстве этих объектов продолжали работать СК ЮУМС, ЗАО ЮУМС, АО «Магнезитстрой» и их субподрядчики.
Организация шахты позволила сконцентрировать силы на окончании строительства объектов, обеспечивающих начало добычных работ.
Пусковой комплекс на 600 тыс. тонн добычи предусматривал ввод почти всех объектов шахтной поверхности, за исключением скипового подъема. Для ускорения пуска шахты более мелкими очередями он был разбит на три пусковых комплекса:
1. первый пусковой комплекс мощностью 100 тыс. тонн добычи в год;
2. второй пусковой комплекс мощностью 200 тыс. тонн добычи в год;
3. третий пусковой комплекс мощностью 300 тыс. тонн добычи в год.
После 16 лет строительства, в мае 1996 года, был подписан акт о вводе мощности 100 тыс. тонн добычи в год по шахте «Магнезитовая». За эти годы были пройдены необходимые для начала очистных работ горные выработки, однако объекты шахтной поверхности закончены не были полностью. В пусковой комплекс, принятый в эксплуатацию, вошли объекты, построенные, в основном, на промплощадке вентиляционно-вспомогательного ствола.
Между тем, находящийся поблизости Карагайский карьер углубился ниже добычных горизонтов шахты. Добыча магнезита стала возможной до окончания строительства клетевого ствола благодаря тому, что в 1995 году Карагайский карьер была пройдена штольня по гор. +260 м.
Устье штольни гор. +260 м.
Автотранспортный съезд на гор. +180 м.
4 февраля 1997 года Бакальским горно-техническим отделом Челябинского округа Госгортехнадзора России выдано заключение на эксплуатацию шахты в границах опытно-добычного блока.
На торжественном вечере, посвященном началу эксплуатации «Магнезитовой», который состоялся в ДК «Магнезит» 28 февраля 1997 года с участием эксплуатационников, шахтостроителей, представителей проектных и научных институтов, горно-технической инспекции, решено официальным днем рождения шахты считать 4 февраля 1997 года.
Погрузочно-транспортная машина ПТ-4, оставшаяся еще от шахтостроителей.
Отставание в строительстве клетевого подъема решено компенсировать проходкой штольни по гор. +180 м с выходом ее на западный борт Карагайского карьера в августе 1999 года, одновременно пройти откаточный штрек по горизонту +180 м длиной 1200 метров. В карьере были построены перегрузочные пункты магнезита, где шахтное сырье перегружается с электровозов на «БелаЗы» и вывозится на поверхностные склады магнезита.
Перегрузочный пункт в Карагайском карьере на штольне гор. +180 м.
Поскольку добычные работы через штольни обеспечивали необходимый объем добычи, то строительство зданий клетевого копра и подъемных машин было решено временно законсервировать, даже несмотря на то, что уже были установлены подъемные машины.
Высвобожденные капитальные средства были направлены на приобретение высокопроизводительных импортных буровых и погрузочно-доставочных машин для подземных работ, что обусловило рост ее добычи.
Подземная добыча на Саткинском месторождении началась в 1998 году с отработки опытно-добычного блока (ОДБ) гор. +260 м подэтажно-камерной системой разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства и нисходящим порядком выемки магнезита (проект института «Уралгипроруда»).
Основными требованиями для выбора системы разработки подземным способом явились необходимость селективной выемки четырех сортов (марок) магнезита и сохранение земной поверхности, на которой размещены объекты промышленного и гражданского назначения, железнодорожные пути МПС (ОАО «РЖД»), ведомственные железнодорожные пути, русло р. Большая Сатка, железнодорожным и автомобильным мостами, рядом зданий и сооружений промышленного назначения (Саткинский завод), а также под жилой застройкой, представленной одноэтажным частным сектором.
В опытно-добычном блоке были отработаны первичные камеры, часть из них заложена. Крепление кровли очистных камер производилось анкерными штангами.
Слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями (проект «Уралгипроруда»)
В связи с резким отставанием строительства закладочного комплекса, для производства закладки был приобретен финский бетонный узел с суточной производительностью 250-300 м³.
Однако работы с твердеющей закладкой были остановлены из-за высокой стоимости твердеющей закладки, при расходе цемента до 200 кг/м³ (двухкомпонентная смесь). В качестве заполнителя – дробленый доломит фракции 0–5 мм.
Практика использования такой закладки на Саткинском руднике показала неудовлетворительные транспортабельные качества – систематическое расслоение смеси. Возникла потребность в еще более глубоком измельчении заполнителя.
Опыт отработки опытно-добычного блока показал, что вследствие большого удельного объема подготовительно-нарезных работ и большой стоимости закладки данный вариант подэтажно-камерной системы экономически не эффективен. Кроме того, производительность построенного закладочного комплекса оказалась недостаточна, а технология закладочных работ не позволяла обеспечить необходимую нормативную прочность закладочного массива 5 МПа. Вследствие этого отработка ОДБ была законсервирована.
Возникла необходимость выбора системы, удовлетворяющей необходимым требованиям с последующим переходом на проектную. Была предложена подэтажно-камерная система разработки, при которой в первую очередь вынимаются камерные запасы, а после завершения строительства закладочного комплекса (через 3-4 года) камеры закладываются твердеющими смесями. Во вторую очередь отрабатываются междукамерные и междуподэтажные целики. Чтобы сохранить единую технологию выемки руды, параметры камер и целиков приняты одинаковыми. Камеры и целики располагаются в вертикальной плоскости друг над другом. Высота камер и целиков 10 м, ширина камер и междукамерных целиков – 8 м, длина камер и между камерных целиков определяются горизонтальной мощностью рудного тела и достигает 120 м.
С учетом вышеизложенного для отработки блока №1, находящегося под ОДБ, была принята камерно-столбовая система разработки с сухой закладкой выработанного пространства (проект УГД УрО РАН). Выемка магнезита производилась горизонтальными слоями высотой 5 м по всей площади очистного блока, включающего в себя оба одновременно отрабатываемых рудных тела. По мере отработки слоя последний заполняется сухой закладкой из хвостов обогащения или дробленых пустых пород карьера, с которой ведется выемка вышележащего слоя.
Закладка выработанных камер дробленным доломитом.
Бурение шпуров производится буровыми каретками Sandvik Solo 605РР, Tamrock Minimatic GS-205D (производства Финляндии), Atlas Copco Bumer 282 (производства Швеции), буровыми станками НКР-100МПА отечественного производства. Руда отбивается на почву слоя (закладку нижнего слоя).
По мере ведения очистных работ производится регулярный осмотр кровли камер со специальной подъемной площадки, смонтированной на машине Utilift-807.
Транспортировка горной массы к рудоспускам и закладка отработанных камер производится при помощи погрузочно-доставочных машин Toro-300D, автосамосвалами МоАЗ-7405.
Доставка руды от рудоспусков осуществляется железнодорожными составами через штольню на борт Карагайского карьера, с последующей перегрузкой в карьерные автосамосвалы БелАЗ, которыми транспортируется на склад руды на борту карьера.
Для поддержания кровли залежи и сохранения поверхности в блоке №1 первоначально было запроектировано оставление столбчатых целиков размерами 4×4 м на всю вертикальную мощность отрабатываемых рудных залежей при максимальной высоте целиков 80 м.
Расчет устойчивости элементов системы был выполнен без учета сухой закладки выработанного пространства и позволил рекомендовать следующие параметры системы: ширина камер – 10 м, размер целиков 4×4 м, расстояние между целиками в ряду – 8 м. При этом потери в целиках составили 10% при общем уровне потерь около 25%.
Однако в процессе подготовки блока было выявлено наличие в магнезите открытых трещин в виде «зеркал скольжения», согласных с залеганием рудных тел. Анализ геологических материалов по Опытному блоку и Карагайскому карьеру показал, что данные трещины («зеркала скольжения») характерны для всего месторождения. Кроме того, была выявлена система субвертикальных трещин разной степени раскрытия, расстояние между которыми составляет первые десятки метров. Проведенные расчеты показали, что существует опасность проскальзывания целиков по данным трещинам даже с учетом отпора сухой закладки. Вследствие этого для обеспечения безопасности горных работ было принято решение об оставлении в блоке №1 ленточных целиков (МКЦ) шириной 4 м, расположенных по падению рудного тела. Ширина камер – 10 м. В МКЦ на каждом слое проходятся междукамерные сбойки (не меньше двух в слое) для вентиляции и движения самоходных машин.
При такой схеме расположения целиков главные напряжения ориентированы нормально к падению рудных тел и наиболее опасной системы трещин. Вследствие этого потери в целиках увеличились до 20 % при общем уровне потерь порядка 35%, но была обеспечена необходимая устойчивость конструктивных элементов системы.
Подобный вариант камерно-столбовой системы был запроектирован и для отработки примыкающего к основным запасам прибортового участка (блок ПБЗ) Карагайского карьера, расположенного под бортом карьера, по которому проходит основная магистральная дорога. Для сохранения поверхности под бортом оставлен барьерный целик шириной 40 м, ширина камер уменьшена до 8 м. Между камерами оставляется ленточный целик 6,5 м, в котором проходятся междукамерные сбойки – не менее двух в каждом слое. Величина потерь руды по блоку при этом составила свыше 40%.
Блок №1 и блок ПБЗ отрабатывались совместно с образованием общего очистного пространства и обшей схемой вентиляции.
Принятый вариант камерно-столбовой системы позволил существенно сократить удельный объем проходческих работ, снизить стоимость закладочных работ и обеспечить селективную добычу различных марок магнезита, и в целом повысить эффективность подземной добычи на шахте «Магнезитовая» и ее конкурентоспособность по сравнению с добычей магнезита в дорабатываемых карьерах.
Вентиляционная сбойка.
Вместе с тем в процессе отработки данных блоков выявились и определенные проблемы, основной из которых является обеспечение устойчивости целиков. Если «зеркала скольжения» оказываются надежно «зажаты» нормально действующим горным давлением, то субвертикальные трещины под действием сейсмических волн технологических взрывов раскрываются, существенно снижая несущую способность целиков. Приходится крепить целики железобетонными штангами, а в отдельных случаях и оставлять между целиками перемычки, существенно увеличивая потери. Данное явление характерно для блока №1 при ширине МКЦ 4 м – в блоке ПБЗ при ширине МКЦ 6,5 м целики устойчивы.
С целью решения этой проблемы в Блоке №2 были запроектированы наклонные (под углом 70° – для «зажима» зеркал скольжения) столбчатые целики увеличенных размеров 8×8 м при ширине камер и просечек между целиками 10 м. Предполагалось, что увеличение мощности целиков позволит снизить негативный эффект сейсмического действия взрыва. Однако практический опыт показал, что данное решение является неудачным: на столбчатые целики дополнительно к сейсмике взрывов в камере действуют взрывы при выемке просечек, к тому же оформление наклонных целиков вызвало определенные технологические трудности и увеличение количества взрывов. Таким образом, находящиеся в целиках субвертикальные трещины, расположенные как по падению, так и по простиранию, подвергаются многократному сейсмическому воздействию, раскрываются и снижают устойчивость целиков до опасной величины даже в случае крепления последних штангами. Поэтому дальнейшая отработка блока стала осуществляться с применением ленточных целиков шириной 6 м.
Для отработки добычного блока №3 опять запроектирован вариант камерно-столбовой системы с ленточными МКЦ, но шириной 5 м. При этом потери руды по блоку составили около 32%.
В горный отвод шахты «Магнезитовая» (шахтное поле №1) включены запасы Карагайского, Гологорского, Мельнично-Паленихинского участков Саткинского месторождения магнезитов. Запасы шахтного поля №1 по категориям В + С1 составляют 150 млн т, в том числе первой очереди – 35 млн т. Запасы магнезита в шахтном поле №2 (под г. Сатка) – свыше 100 млн. т.
Шахтное поле №1 вскрыто тремя вертикальными стволами, наклонным транспортным съездом и штольнями из Карагайского (КК) и Мельнично-Палехинского (МПК) карьеров.
Сопряжение транспортного съезда и штольни гор. +260 м.
Штольня по гор. +180 м в Мельнично-Палехинский карьер.
Объекты поверхностного комплекса шахты «Магнезитовая» расположены на двух промплощадках: ствола «Вентиляционный» и центральной группы стволов (ЦГС). Скиповой и Клетевой стволы располагаются на Центральной промплощадке шахты в районе ДОФ-2, Вентиляционный ствол – на фланге Гологорского месторождения в лежачем боку.
На промплощадке ствола «Вентиляционный» расположены: надшахтное здание «Вентиляционного» ствола со зданиями подъемных машин, административно-бытовой комбинат, закладочный комплекс, подстанция «Вентиляционная», складские помещения и другие объекты.
Промплощадка ствола «Вентиляционный».
Ствол «Вентиляционный» пройден на фланге Гологорского месторождения в лежачем боку. Ствол круглого сечения, диаметром в свету – 6,5 м, пройден и закреплен монолитным бетоном до отметки +89 м (глубина 348 м). Армировка ствола – металлическая. Ствол оборудован клетевым и скиповым подъемами и предназначен для спуска-подъема людей, материалов и мелкого оборудования, а также для выдачи горной массы с проходческих работ. Околоствольные дворы горизонтов +340 м, +260 м, +180 м выполнены по тупиковой схеме, руддворы и камерные выработки закреплены монолитным железобетоном и торкретбетоном.
В 2019 году АБК и надшахтное здание ствола соединили теплым переходом.
На промплощадке Центральной группы стволов (ЦГС) расположены стволы «Клетевой» и «Скиповой» с шатровым копром «Север-1». Кроме того, на площадке расположены вентилятор главного проветривания, подстанция «Шахтная», компрессорная станция, очистные сооружения шахтных вод и другие объекты.
Ствол «Клетевой» – круглого сечения, диаметр в свету – 8,0 м, закреплен монолитным бетоном. Армировка ствола – металлическая. Ствол «Клетевой» пройден сразу на полную глубину до отметки – 129 м (глубина 568,7 м).
Ствол «Скиповой» — круглого сечения, диаметр в свету – 6,0 м, закреплен монолитным бетоном. Армировка ствола – металлическая. Ствол пройден на глубину до отм. +59 м (глубина 392,4 м). Ствол оборудован клетевым и бадьевым подъемами. Околоствольные дворы горизонтов +340 м, +260 м, +180 м, +100 м выполнены по тупиковой схеме, руддворы и камерные выработки закреплены монолитным железобетоном и торкретбетоном. В руддворе гор. +100 м. оборудована посадочная площадка для бадьевого подъема.
Запасы I очереди строительства – выше гор. +180 м – вскрываются и отрабатываются этажами высотой 80 м. Отметки горизонтов +340 м, +260 м, +180 м. Концентрационный горизонт – + 180 м.
Руддвор гор. +180 м ствола «Вентиляционный».
Центральная группа стволов и ствол «Вентиляционный» на горизонтах +340 м, +260 м и +180 м соединены горными выработками. Горизонты +340 м, +260 м, +180 м вскрыты штольнями, пройденными в Карагайский карьер. Штольня на горизонте +180 м оборудована рельсовыми путями и используется для транспорта добытого магнезита в карьер на перегрузочный склад руды (с последующей вывозкой карьерными автосамосвалами на поверхность).
Штольня на горизонте +260 м используется для вывозки руды шахтными автосамосвалами на перегрузочный склад (с последующей вывозкой карьерными автосамосвалами на поверхность).
Штольня гор. +260 м.
Штольня на горизонте +340 м используется для доставки грузов и материалов в шахту.
Выработками горизонтов +260 м и +180 м полностью вскрыты запасы Карагайского и Гологорского участков I очереди строительства (свыше 33 млн. т). Подготовлены Опытный добычной блок на горизонте +260 м, добычные блоки №1, №2 и №3, блок прибортовых запасов (БПБЗ) горизонта +180 м. В настоящее отработаны запасы Опытно-добычного блока (ОДБ) гор. +260 м выше отм. +320 м, междуэтажных целиков в добычных блоках №1 и №2 гор. +180 м в отметках +263 м ÷ +277 м. Отработан блок прибортовых запасов (БПБЗ) гор. +180 м.
Выемка запасов осуществляется камерно-столбовой системой разработки с сухой (породной) закладкой выработанного пространства и оставлением опорных ленточных целиков.
Добыча ведется в блоках №4, №5 на гор. +180/+260 м. Отработка запасов осуществляется послойно, камерами высотой 5 м. Камеры располагаются вкрест простирания залежи. Ширина камер – 10 м, максимум – 12 м. Крепление кровли осуществляется штанговой крепью только по доломитам. На бурении используются самоходные буровые каретки Minimatic, Bumer».
Одновременно обуривается забой площадью 50 м² (5×10 м). Для оборки кровли используются самоходный полок с высотой стрелы до 12 м.
Самоходный кровлеоборочный полок.
На доставке руды из камер до рудоспусков используются самоходные погрузочно-доставочные машины Fadroma LK, Sandvik Toro-400D, Sandvik LH-410, Caterpillar CAT-2, Atlas Copco ST-1030.
Доставка магнезита погрузочно-доставочной машиной Cat-2.
Транспортировка руды до рудоспусков и пустых пород в отвал осуществляется с помощью шахтных автосамосвалов МоАЗ-75291, Atlas Copco Minetruck, FAMT-20.
В связи с увеличением количества подземного самоходного оборудования на шахте (сейчас это более 20 единиц), на гор. +180 был построен участок подземного участка по ремонту горношахтного оборудования: камера РСО, электровозное депо, склад ГСМ, камера ремонта вагонов и другие выработки.
Новая ПДМ Sandvik LH-410, находящаяся на техническом обслуживании.
Камера РСО.
Слесарная мастерская камеры РСО.
Заезд на камеру ремонта вагонов.
Добыча магнезита осуществляется строго селективно – по четырем сортам. В блоках проходятся 8 рудоспусков для перепуска руды различных сортов на гор. + 180 м.
Выпусные люки оборудованы вибропитателями для предотвращения зависаний руды.
Выпускной люк, оснащенный вибропитателем.
С гор. +180 м магнезит в вагонетках ВБ-4,0А транспортируется электровозами К-14 до перегрузочного склада в Карагайском карьере. В новом блоке предусматривается выпуск руды напрямую в шахтные самосвалы.
Далее транспорт руды осуществляется карьерными БелАЗами из Карагайского карьера до ДОФ-2.
Вагонетка ВБ-4,0.
Электровоз К14.
Склад магнезита на борту Карагайского карьера.
Ряд камер отрабатывается с удвоенной высотой в две ступени. Сначала отбивается и магазинируется руда в нижней части на высоту 5 м, затем с поверхности магазина отрабатывается еще камера высотой 5 м. После отгрузки руды из такой удвоенной по высоте камеры высота отработанного пространства перед закладкой достигает 10 м.
Выработанное пространство отсыпается дроблеными доломитами фракции минус 150 мм, а также хвостами обогатительной фабрики ДОФ-2. Причем содержание магнезита в хвостах более 40%, что является весьма благоприятным фактором снижения засорения магнезита при добыче.
Закладочный материал транспортируется в думкарах с ДОФ-2 карьерным электротранспортом и перепускается по закладочному восстающему №1 на гор. +350 м, далее горизонтальными конвейерами – до панельного закладочного восстающего №2, из которого осуществляется загрузка МоАЗ-7405 и транспортировка по уклону с заездом на подэтажи и разгрузкой в камерах. Уплотнение закладки в камерах производится с помощью трактора.
Сопряжение конвейерного уклона со штреком гор. +340 м.
Конвейерная лента, по которой подается сухая закладка в отработанные камеры.
В целом опыт применения камерно-столбовой системы с сухой породной закладкой на шахте «Магнезитовая» показал ее высокую экономическую эффективность: она имеет низкий объем подготовительно-нарезных работ (до 20 м³/1000 т) и низкую себестоимость добычи (не более 360 руб./т). Основной недостаток технологии – это потери в междукамерных целиках, достигающие 35%. Для снижения указанных потерь актуальна частичная или полная замена рудных целиков, в том числе потолочин, на искусственные (бетонные).
Проветривание шахты осуществляется по фланговой схеме вентилятором ВОД-40М, установленным на стволе «Клетевой». Первоначальным проектом предусматривалась вентиляционная установка на стволе «Вентиляционный» для выдачи из шахты отработанного воздуха. После проходки штолен в карьер, схема вентиляция шахты была откорректирована. Выдача отработанного воздуха производится по штольням в карьеры Карагайский (КК) и Мельнично-Палехинский (МПК).
Вентиляционный квершлаг.
Вентиляционные двери в квершлаге.
Шахта «Магнезитовая» отнесена к опасным по газу из-за наличия в руде и вмещающих породах сероводорода. Первые случаи выделения сероводорода на шахте «Магнезитовая» отмечены в апреле 1991 года. При проведении главного откаточного штрека гор. +180 м газ был обнаружен в забое штрека при одновременном появлении воды, изливающейся из трещин горного массива. При последующих наблюдениях присутствие сероводорода было обнаружено в ряде других тупиковых выработок гор. +360 м, +100 м и др. Отмечено, что все случаи выделения сероводорода в горных выработках связаны с проявлением в них воды, дренируемой из горного массива. Установлено, что сероводород образуется в результате действия анаэробных сульфатредуцирующих бактерий.
Гидрогеологические условия отработки Саткинского месторождения — сложные. В коренных породах распространены два вида водоносных горизонта: трещинно-карстовые под верхне-саткинской подсвитой; трещинных вод саткинской подсвиты.
Горизонт верхнесаткинской подсвиты является основным источником обводнения. Водоносный горизонт верхнесаткинских отложений развит полосой шириной 1,0 – 1,5 км, вытянутой с юго-западного на северо-восточное направление. Границами служит Волчегорский надвиг. Питание водоносного горизонта происходит в основном за счет фильтрации атмосферных осадков в период их интенсивного выпадения.
Водоносный горизонт нижесаткинской подсвиты, заключён в глинистых доломитах, мергелях, углистых и глинистых сланцах.
Подземные воды коренных отложений могут быть использованы в целях водоснабжения. По химическому составу они близки к поверхностным, это указывает на единый источник питания – атмосферные осадки.
Гидрогеологические условия будут осложняться возможным наличием раздробленных тектонических зон, как источников сосредоточенной фильтрации, влиянием поверхностных вод р. Сатка и отвалов в Гологорском карьере, аккумулирующих атмосферные осадки и расположенных вблизи кровли вскрывающих выработок.
Влияние реки Сатка и Гологорского карьера скажется в пределах шахтного поля при отработке его до гор. +180 м. На более глубоких горизонтах и остальных площадях рудника это влияние несущественно и может не учитываться. При учете влияния реки Сатка в пределах площади Гологорского и Мельничного участков притоки на гор. +180 м возрастают в 2,5-3 раза и составят до 1500 м³/час.
Для защиты шахтных стволов от внезапных прорывов воды и затопления, в квершлагах установлены водонепроницаемые перемычки (гермоворота).
В случае аварии, сегмент рельсового пути снимается, а гермоворота закрываются.
Водонепроницаемая перемычка гор. +180 м.
Саткинское месторождение с отметки гор. +180 м отнесено к угрожаемым по горным ударам.
По предварительному прогнозу предполагалось проявление горного давления на гор. +100 и +20 м. В ходе строительства шахты в 1990 году при проведении выработок на гор. +180 м было отмечено проявление горного давления в виде стреляния пород и интенсивного заколообразования. Для выявления причин таких проявлений был привлечен Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург).
В результате проведенных исследований институтом выдано заключение, согласно которому шахта «Магнезитовая» отнесена к опасной по горным ударам с гор. +180 м и ниже. Все работы на шахте проводятся в соответствии с Указаниями по безопасному ведению горных работ на Саткинском месторождении магнезитов, склонном к горным ударам.
В целях прогнозирования удароопасности массива горных пород специалисты института рекомендовали организовать непрерывный контроль за его состоянием.
Для реализации таких рекомендаций в 2002 году на шахте «Магнезитовая» была установлена автоматизированная подсистема локального микросейсмического и сейсмоакустического (МСиСА) мониторинга удароопасности массива горных пород – «Релос-Л» производства ЗАО «НТЦ «Автоматика» (г. Красноярск, бывш. подразделение НПО «Сибцветметавтоматика»).
На настоящий момент около 90% оставшихся запасов Саткинской группы месторождений предназначено для подземной добычи. Вследствие этого дальнейшие перспективы развития сырьевой базы комбината «Магнезит» прежде всего связаны с развитием горных работ на шахте «Магнезитовая».
Проведя тщательный и подробный анализ систем разработки, разработанных в проектной документации институтом «Уралгипроруда», и изучив горно-геологические условия залеганий магнезитовых залежей в этажах +180/+260 м, +100/180 м шахты «Магнезитовая», сотрудники отдела Горной науки института «Уралмеханобр» в качестве альтернативны предложили для отработки запасов месторождения три варианта систем разработки с твердеющей закладкой.
Вариант 1: подэтажно-камерная система разработки с твердеющей закладкой и с расположением камер вкрест простирания рудного тела.
Подэтажно-камерная система разработки с расположением камер вкрест простирания (проект «Уралмеханобр»)
Вариант 2: подэтажно-камерная система разработки с твердеющей закладкой и расположением камер по простиранию рудного тела.
Подэтажно-камерная система разработки с расположением камер по простиранию (проект «Уралмеханобр»)
Вариант 3: слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. Основным отличием данного варианта слоевой системы разработки от варианта, предложенного институтом «Уралгипроруда», является отсутствие подготовительно-нарезных выработок на висячем боку рудной залежи.
Слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями (проект «Уралмеханобр»)
В связи с очевидными недостатками камерно-столбовой системы разработки с сухой закладкой (в первую очередь по причине высоких потерь руды при достаточно высокой ценности руды), она была отклонена для дальнейшего рассмотрения.
Вариантом подэтажно-камерной системы разработки с твердеющей закладкой и с расположением камер вкрест простирания рудного тела планируется отрабатывать основные запасы месторождения (до 96%).
Вариантом подэтажно-камерной системы разработки с твердеющей закладкой и расположением камер по простиранию рудного тела планируется отработать маломощные участки рудной залежи с нормальной мощностью, равной или меньшей рассчитанного устойчивого пролета камеры (до 2% запасов месторождения).
Вариант слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью (вследствие его более высокой затратностью относительно камерной системы разработки с твердеющей закладкой) будет использоваться для выемки выклинивающихся и осложненных участков рудных тел (до 2% запасов).
В настоящее время применительно к условиям Саткинского месторождения магнезитов с учетом его горно-геологических особенностей для отработки запасов в качестве основного принят вариант подэтажно-камерной системы разработки с твердеющей закладкой с расположением камер вкрест простирания рудного тела.
Участковый автомобильный уклон +180/+200 м.
Горное хозяйство комбината «Магнезит» состоит из двух рудников (карьеры Карагайский и Березовский), шахты «Магнезитовая», дробильно-обогатительных фабрики, цеха железнодорожного транспорта, взрывных работ, ремонта горного автотранспортного оборудования и др.
Смотровая площадка на Карагайском карьере.
Показатели Карагайского карьера.
Объемы руды, добытой подземным способом, ежегодно увеличиваются. 8 декабря 2000 года введен в эксплуатацию пусковой комплекс мощностью 400 тыс. тонн магнезита в год.
Первую миллионную тонну магнезита горняки добыли 10 августа 2001 года, а 19 января 2007 года выдали на-гора четырехмиллионную тонну сырого магнезита.
В рамках реализации инвестиционного проекта Группы «Магнезит» по реконструкции и техническому перевооружению шахты в 2019 году началось проходка горно-капитальных выработок по гор. +100 м. Врезка на новый горизонт осуществлена с борта Карагайского карьера, где была оборудована штольня. Данная реконструкция позволит вовлечь в отработку запасы первого шахтного поля в отметках +100 м и +180 м. На 2019 год запланирована проходка горно-капитальных выработок в объеме 28000 м³ и протяженностью порядка 1500 м. Завершить строительство горизонта +100 метров планируется в 2024 году.
Запасы магнезита по гор. +100 м и ниже планируется отрабатывать системой с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. В 2019 году началось строительство поверхностного закладочного комплекса, который позволит рационально использовать подземные сырьевые ресурсы и создавать прочное основание в местах выработки породы.
Для спуска закладки пробурены три закладочных скважины глубиной 138 метров – до гор. +260 м, а для доставки закладочной смеси на гор. +180 м и строящийся гор. +100 м в шахте будут пробурены перепускные скважины. Готовая смесь из цемента, дробленой пустой породы и воды будет доставляться к местам закладки самотеком по трубам и замещать добытое полезное ископаемое в выработанном пространстве. С вводом в строй закладочного комплекса будут также отработаны оставленные ранее целики на гор. +180 м.
Заезд на штрек лежачего бока гор. +180 м.
В 2019 году в Мельнично-Палехинском карьере началось строительство перегрузочного пункта для добытого в шахте магнезита.
Возведение подпорной стены перегрузочного пункта.
Выход в карьер организован с концентрационного гор. +180 м.
Пока в МПК вывозится доломит для отсыпки площадки.
Разгрузка шахтного самосвала FAMT-20.
В настоящее время Группа Магнезит – крупнейшее в мире предприятие, которое на собственной минерально-сырьевой базе производит магнезиальные изделия и спеченные периклазовые порошки (клинкеры), смеси и массы на их основе, плавленый периклаз и каустический магнезит и алюмосиликатные изделия.
Разнос западного борта Карагайского карьера.
Потребителями продукции Группы Магнезит являются более 700 отечественных и зарубежных предприятий черной и цветной металлургии, цементной, машиностроительной, химической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности.
Использованная литература и источники:
Аглюков Х.И. Повышение эффективности технологии отработки запасов охранных целиков. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2003, №3.
Аглюков Х.И. Способ управления горным давлением. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2004, №11.
Аглюков Х.И. Управление геомеханическим состоянием массива при отработке мощных рудных месторождений с высокоплотной закладкой. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2005, №7.
Аглюков Х.И., Гобов Н.В., Смирнов А.А. К вопросу об ущербе от потерь минерального сырья. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2005, №1.
Бодин В.В., Крылатков С.М. Изучение характера распределения упругих параметров скального массива в приконтурном пространстве горной выработки. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2001, №4.
Валиев Н.Г., Славиковский О.В. Проблемы восстановления площадей на урбанизированных территориях Урала с развитым горнопромышленным комплексом. // Геомеханика в горном деле: доклады Всероссийской научно-технической конференции с международным участием 1-3 октября 2013 г. 2014.
Валиев Н.Г., Славиковский О.В., Славиковская Ю.О. Особенности освоения минерально-сырьевой базы на урбанизированных территориях Урала. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2012, №4.
Виноградов К.М., Сухорукова Т.А., Смольникова А.В. Исследование путей повышения энергоэффективности электроприводов шахтных вентиляторов. // «Вестник современных исследований». 2018, №11.1 (26).
Влох Н.П., Липин Я.И., Ковалев М.Н., Лузин Н.П. Выбор системы разработки и обоснование ее параметров при добыче магнезита подземным способом. // «Горный журнал». 1994, №5.
Волков Ю.В., Славиковский О.В., Соколов И.В., Смирнов А.А. Перспективы развития сырьевой базы горно-металлургических предприятий Урала. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2007, №5.
Волков Ю.В., Смирнов АЛ., Соколов И.В., Антипин Ю.Г. Выбор системы разработки месторождения магнезитов в поле шахты «Магнезитовая». // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2009, №2.
Волков Ю.В., Соколов И.В. О недропользовании и охране окружающей среды при разработке рудных месторождений подземным способом. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2008, №11.
Гарань М.И. Район Бакал — Сатка — Куса. / Международный XVII геологический конгресс. Уральская экскурсия. Южный маршрут. 1937.
Генеральный план хозяйства Урала на период 1927-1941 г. г. и перспективы первого пятилетия (Материалы к генеральному плану РСФСР и СССР). 1927.
Грум-Гржимайло В. Магнезит, как материал для вывоза за границу. // Технико-экономический сборник «Урал». 1922, Вып. 1.
Клейменов Д.А., Альбрехт В.Г., Талалай А.Г., Коротеев В.А. и др. Знаменитые месторождения Урала. Часть II. 2007.
Клер М.О. Магнезит. / Нерудные ископаемые. Том 2. 1922.
Криницын Р.В. Мониторинг напряженного состояния массивов руд и пород в очистных блоках шахты «Магнезитовая». // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007, №4.
Криницын Р.В., Полховский В.И., Худяков С.В. Повышение устойчивости кровли камер при отработке месторождений подземным способом. // «Проблемы недропользования». 2018, №1.
Криницын Р.В., Худяков С.В. Влияние ранее пройденных выработок на напряженное состояние оформляемых целиков на Саткинском месторождении Челябинской области. // «Проблемы недропользования». 2015, №1.
Криницын Р.В., Худяков С.В. Мониторинг напряженного состояния и обеспечение устойчивости массивов руд и пород в очистных блоках ш. «Магнезитовая». // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2008, №7.
Криницын Р.В., Худяков С.В. Особенности отработки очистного блока №2 ш. «Магнезитовая» г. Сатка Челябинской области. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2013, №2.
Крупнов В.М., Славиковский О.В. Проблема технического перевооружения железорудных шахт Урала. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2005, №6.
Курс месторождений твердых полезных ископаемых. / Под ред. Татаринова П.М. и Карякина А.Е. 1975.
Лузин П.Н., Смирнов А.А. Отработка наклонной магнезитовой залежи камерно-столбовой системой с сухой закладкой. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2001, №1.
Народное хозяйство района Пермской железной дороги. Статистико-экономическое описание. 1926.
Немчинов В.А., Чистяков Ю.Н. К 100-летию начала добычи магнезита в России 1900-2000 годы. 2000.
Путеводитель Бакало-Саткинско-Кусинской экскурсии. Второе Уральское петрографическое совещание. 1966.
Рябов А.К., Лебедев Э.В. Технический прогресс в проектах. // «Безопасность труда в промышленности». 1986, №10.
Славиковский О.В. Становление, состояние и перспективы развития подземной рудной геотехнологии на Урале. // III Международная научно-техническая конференция «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений» 22-23 апреля 2014 г. Сборник докладов. 2014.
Славиковский О.В., Митрошин Г.И. Подземный транспорт при комбинированной геотехнологии. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2011, №5.
Славиковский О.В., Осинцев В.А. Подземная разработка рудных месторождений на Урале и основные направления совершенствования технологии добычи. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 1997, №11-12.
Смирнов А.А. Особенности применения камерно-столбовой системы разработки на шахте «Магнезитовая». // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2007, №5.
Смирнов А.А., Никитин И.В. Применение экологически безопасной подземной геотехнологии при освоении месторождений в условиях охраняемых территорий. // «Проблемы недропользования». 2019, №2.
Тынтеров И.А., Капустин Б.В., Сковородкин В.Ю., Сазонов В.Н., Ловко В.П., Шатилов О.Ф., Ковалев М.Н., Бирюков В.Г., Плужников А.И. Мониторинг технического состояния оборудования для условий горного производства ОАО «Комбинат Магнезит». // «Безопасность труда в промышленности». 2002, №3.
Урал горный на рубеже веков. Том 4: Горное производство черной металлургии Урала. / под ред. И.В. Дементьева, В.Л. Яковлева. 2006.
Уральское горное обозрение. 1901.
Хачай О.А. Проблема мониторинга активизированных зон геологической среды с использованием контролируемых источников. // Геомеханика в горном деле: доклады Всероссийской научно-технической конференции с международным участием 4–5 июня 2014 г. 2014.
Хачай О.А., Новгородова Е.Н., Хачай О.Ю. О выработке критериев оценки устойчивости массива горных пород по данным объемного электромагнитного мониторинга. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2004, №11.
Хачай О.А., Хачай О.Ю. Новые системы мониторинга для обоснования шахтной сейсмичности с учётом иерархичной гетерогенности горного массива. // «Мониторинг. Наука и технологии». 2017, №1.
Худяков С.В., Криницын Р.В. Обеспечение устойчивости кровли камер при отработке блока на шахте «Магнезитовая». // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2011, №2.
Челябинская область: энциклопедия. Т. 1: А-Г. / [редкол.: К.Н. Бочкарев. 2003.
Черепанов В.А. Вопросы создания и возможность применения троллей-автопоезда на примере ОАО «Комбинат Магнезит». // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2010, №9.
Шатилов О.Ф. Сырьевая база ОАО «Комбинат «Магнезит» к 100-летию с начала добычи магнезита в России. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2000, №3.
Шатилов О.Ф., Ковалев М.Н., Сковородкин В.Ю., Сазонов В.Н., Лобко В.П., Гусев А.И. Эффективные механизмы функционирования системы обеспечения промышленной безопасности. // «Горный журнал». 2004, №11.
Шевляков Е.В., Шелковый И.С. Совершенствование технологии отработки запасов Саткинского месторождения в пределах этажей +180/+260м и +100/+180м шахты «Магнезитовая». // Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений: V Международная научно-техническая конференция, г. Екатеринбург, 5-6 апреля 2016 г. 2016.
Щербакова Т.А., Шевелев А.И. Сырьевая база магнезита России и перспективы ее развития. // «Георесурсы». 2016, Т. 18, №1.
Яковлев В.Л., Павлов А.И. Оценка перспектив развития горной промышленности Урала. // «Горный информационно-аналитический бюллетень». 2002, №11.
https://www.magnezitnews.com/single-post/2019/06/14/Есть-полкилометра
https://www.magnezitnews.com/single-post/2019/06/25/Закладка-эффективной-основы
https://www.magnezitnews.com/single-post/2019/09/17/Самоходка-на-погрузке
https://www.magnezitnews.com/single-post/2019/09/23/Комплекс-добавит-сырья-и-прочности
