СУБР: Шахта «Кальинская» (№13–13бис)

Бокситы на Северном Урале были открыты в 1931 году геологом Н.А. Каржавиным. О своем открытии Н.А. Каржавин в газете «Пролетарий» за 1934 год писал: «Я немедленно отправился в Федоровский геологический музей: бокситы района Петропавловского завода оказались весьма опрятно уложены не только в шкафах музея, но и в неразложенных коллекциях недавних сборов. Их анализ, проведенный в Уральском геологическом управлении, дал совершенно неожиданные результаты: содержание глинозема (окиси алюминия) достигало в некоторых образцах до 63,44%, а содержание вреднейшей примеси, кремнезема, — всего 2,92%! Я выехал в поле… Анализ бокситов, взятых мною в ноябре 1931 года в районе «Красной Шапочки» (2,5 км на северо-восток от Петропавловского завода), вновь дал до 53,92% глинозема, а кремнезема всего 12%. На анализ были отобраны бокситы всех имеющихся разновидностей и все они оказались принадлежащими к наиболее высоким сортам вторичных, наиболее богатых бокситов».

 

После открытия месторождения «Красная Шапочка» весь район окрестностей села Петропавловское (ныне г. Североуральск) незамедлительно подвергся всесторонним геологическим исследованиям.
В апреле 1933 года в процессе проведения геолого-съемочных работ масштаба 1:50000 и поисковых работ геологи Г.К. Волосюк, О.В. Лахтионов, А.Н. Ходалевич под руководством Е.П. Молдаванцева обнаружили выходы боксита на дневную поверхность к югу от речки Кальи. Эти выходы были названы Кальинским месторождением. Тогда оруденение было установлено только на основании многочисленных высыпок, и бокситовый пласт был нанесен на геологическую карту ориентировочно, без проходки как-либо шурфов.

В 1939 году геологоразведочной парией Уральского геологического управления под руководством геолога В.Н. Попова на Кальинском месторождении проводятся первые поисково-разведочные работы. Шурфами, по очень редкой сетке в ряде участков, был вскрыт пласт боксита, имеющий максимальную мощность около 10 м. Этими работами была доказана необходимость постановки детальной разведки для промышленной оценки Кальинского месторождения. Руководствуясь данными этих поисковых работ, партия Уральского геологического управления в 1940 году приступила к детальной разведке центрального участка Кальинского месторождения. Для разведки горизонтальной части рудного тела было пройдено 1462 п.м. глубоких и 936 п.м. мелких шурфов. С целью изучения наклонной части рудного тела было пробурено 17 скважин общим метражом 906 п.м.

Одновременно с этой промышленной разведкой проводились поисковые работы на Северном участке. К концу 1940 года шурфовочными работами был прослежен рудный пласт на протяжении 3,6 км. Уже этими работами было установлено, что наиболее благоприятным участком как по наличию промышленных запасов, так и качества руд, является Центральный участок. На основании полученных благоприятных результатов в 1940 году все остальные разведочные работы были сосредоточены именно на Центральном участке, и в конце этого же года разведка его была закончена до глубины 40-70 м. По результатам этих работ в 1941 году были впервые утверждены запасы боксита.

 

Начиная с 1941 года все разведочные работы на Кальинском месторождении производились Северо-Уральской бокситовой экспедицией Всесоюзной Конторы «Союзалюминразведка» и заключались они в дальнейшем изучении и детализации месторождении по простиранию на север и на юг, а также и в изучении более глубоких горизонтов рудного тела до глубины примерно 200 м.

Учитывая, что первоочередные работы по разведке бокситов, залегающих выше уровня грунтовых вод и предназначавшихся для открытой добычи, были закончены, «Союзалюминразведка» в августе 1941 года дала указание о временной консервации разведочных работ на Кальинском месторождении.

Таким образом, с августа 1941 года по октябрь 1942 года разведочные работы на Кальинском месторождении были временно приостановлены в связи с форсированием разведочных работ на других месторождениях СУБРа.

С началом Великой Отечественной войны Советская военная промышленность остро нуждалась в алюминиевых сплавах. Форсированными темпами был введен в эксплуатацию Кальинский рудник и 1 марта 1942 на нем началась добыча боксита.
В первый период разработки Кальинское месторождение отрабатывалось небольшими карьерами до глубины 10-12 м. Карьеры закладывались по простиранию выхода боксита на поверхность. Работа в карьерах позволила быстро начать добычу и обеспечить алюминиевые заводы нужным количеством боксита, но при этом такой способ разработки не обеспечивал необходимых масштабов добычи. Поэтому требовалась срочная подготовка необходимого фронта для развития подземной добычи.

С 1943 года на Кальинском руднике одновременно с открытыми работами начали развиваться первые подземные горные работы. В этом году началось строительство малых наклонных шахт №3 (№3-«Малая»), №4 (№4-«Малая») и №6 (№6-«Малая»), которыми предусматривалась дальнейшая отработка бокситовой залежи до уровня грунтовых вод.

Стволы шахт проходились по пласту боксита, что позволило быстро и при незначительных капитальных затратах развить широкий фронт горных работ. Все надшахтные сооружения были деревянными. Уборка горной массы в очистных и проходческих забоях выполнялась вручную (лопатой и в тачках). Подъем руды производился одноконцевым подъемом в вагонетках.

За период 1943-1944 годов на Кальинском месторождении также были построены карьеры №1, №3, №4, №5 и №6.

В 1944 году подземная добыча на СУБРе возросла более чем в два раза. Одновременно производилась и доразведка Кальинского месторождения. Согласно приказа Народного комиссариата цветной металлургии СССР на Кальинском месторождении началась разведка двух шахтных полей для передачи материалов проектной организации «Гипроникель».

В 1946 году для восполнения выбывающих карьеров на Кальинском руднике вводится в эксплуатацию малая наклонная шахта №5 (№5-«Малая»). На шахте №5 впервые все забои оборудуются скреперными лебедками.

В 1947 году на Южном участке Кальинского месторождения было пробурено 11 скважин, выявивших сложное тектоническое строение участка, вследствие чего разведочные работы на этом участке были прекращены и возобновились только в 1950 году.

Сталинский план послевоенной пятилетки требовал вдвое увеличить производство алюминия. Для ликвидации отставания в подготовке запасов резко возрастают объемы горнопроходческих работ. Поэтому широкое развитие получают скоростные проходки горных выработок. В 1950 году на шахте №3-«Малая» Кальинского рудника бригада воспитанника школы ФЗО тов. Агафонова прошла одним забоем: в январе (с 10 по 31 число) – 94,4; в феврале – 148,3; в марте – 126,1 пог. м штрека.

 

В 1951 году институт «Гироникель» начинает разрабатывать проект генерального вскрытия Кальинского месторождения. Для этой цели был произведен очередной подсчет запасов.

К концу 1953 года Южный участок Кальинского месторождения был детально разведан до глубины 400 м, Северный участок – до глубины 300-450 м, Центральный участок – до глубины 200-300 м.

 

С начала эксплуатации по 1 января 1953 года открытыми работами было добыто 211 тыс. т боксита, подземными 1014 тыс. т.

На Центральном участке Кальинского месторождения эксплуатационные работы ведутся малыми шахтами №3, №4 и №6 на горизонте +160 м. Кроме того, для отработки запасов ниже уровня грунтовых вод на Центральном участке строится капитальная наклонная шахта №4бис, пройденная до горизонта +100 м.

На Южном участке проектируется строительство капитальной шахты №11 и малой наклонной шахты №11бис в районе карьера №9.

На Северном участке Кальинского месторождения для отработки запасов ниже уровня грунтовых вод была заложена наклонная шахта №7-7бис. Шахта имела три ствола: главный ствол №7-Капитальная, углубочный ствол №7бис и вентиляционный ствол. При проходке стволов шахты №7-7бис в породах лежачего бока был встречен боксит, что позволило попутно добыть 6 тыс. тонн руды.

 

В 1953 году при проходке ствола №7бис произошел крупный прорыв карстовых вод, затопивший шахту. Обстоятельства данной катастрофы таковы. Пройденная трестом «Бокситстрой» разведочная выработка из северного штрека горизонта +100 м была заложена в известняках лежачего бока и в дальнейшем вошла в пласт боксита, по которому было пройдено 12 метров.

В ночь на 13 сентября 1953 года в забое разведочного штрека после взрыва 12 шпуров из двух «стаканов» начала изливаться вода. В 9 часов утра из вновь пробуренного шпура началось фонтанирование. 14 сентября было установлено, что водоприток на горизонте +100 м увеличился с 500 м³/ч до 800 м³/ч. В 22 часа 05 мин произошел катастрофический прорыв трещинно-карстовых вод с илом. Дверь в железобетонной перемычке, расположенной в 150 м от ствола, не смогли закрыть, уровень воды в выработках стал быстро повышаться. Спустя полчаса один из двигателей с насосом был подтоплен, сработала электрическая защита и остальные двигатели насосов остановились.

Через 5 ч 45 мин после прорыва воды были полностью затоплены выработки горизонтов +100 и +130 м, а уровень воды поднялся по стволам еще на 13 м, после чего дальнейшее затопление выработок прекратилось.

К 15 часам 15 сентября шахта №7-7бис была затоплена до отметки +140 м, что соответствовало положению поверхности депрессионной воронки до прорыва. При этом добыча боксита на горизонте +160 м не прекращалась.

Инженерными расчетами было установлено, что для откачки горизонта +130 м потребуется откачивать 1600 м³/ч воды, а для откачки горизонта +100 м – 2500 м³/ч. При таких водопритоках пришлось бы смонтировать 6 тележек с насосами в каждом стволе, и откачка бы заняла несколько месяцев, для чего необходимо было бы прекратить добычу. По инициативе работников треста «Бокситстрой» было предложено привлечь к работе водолазов, которые до откачки воды должны были закрыть водонепроницаемые перемычки (ВНП) на затопленных горизонтах. В этом случае для откачки воды потребовался бы только один насосный агрегат.

Ликвидировать аварию было поручено Управлению подводно-технических работ (УПР) Министерства речного флота СССР (бывшая Экспедиция подводных работ особого назначения (ЭПРОН)).

25 ноября 1953 года на шахту №7-7бис в срочном порядке прибыла группа водолазов под руководством водолазного специалиста А.Н. Суслова и врача-спецфизиолога. На шахту были доставлены водолазное снаряжение и техника, декомпрессионная камера для лечения кессонной болезни, стальные баллоны для сжатого воздуха, телефонные кабели, водолазные шланги и другое оборудование.

В состав группы вошли лучшие водолазы, имевшие большой опыт в выполнении различных гидротехнических и других подводных работ.

Подготовку к работам решили начать на не затопленном горизонте +160 м, имевшем такое же расположение горных выработок. При репетиции освещение было выключено, чтобы приблизить условия к подводным.

В наклонном стволе №7бис на отметке +143 были построены 5 рабочих площадок. На верхней площадке разместили баллоны со сжатым воздухом, на второй – декомпрессионную камеру, на третьей забухтованные водолазные шланги и кабель связи, на четвертой – аппаратуру связи с водолазами и поверхностью, а также воздухораспределительные щитки для подачи воздуха одновременно четырем водолазам. Пятая площадка служила местом для одевания и спуска водолазов в воду и была оборудована водолазным трапом.

 

Учитывая то, что глубина до нижней перемычки превышала 40 м, было решено перекрыть в первую очередь перемычку на горизонте +130 м, после чего откачать воду, и затем уже добираться дол нижней перемычки, толща воды над которой уменьшится почти вдвое.

17 декабря 1953 года состоялся первый рабочий спуск водолазов для закрытия двери водонепроницаемой перемычки на горизонте +130 м. В этом спуске участвовали одновременно А. Лопанцев, М. Половинкин и П. Ткаченко. Групповой спуск объяснялся тем, что пришлось спускать на себе длинные тяжелые шланги и сигнальные кабели, которые постоянно цеплялись за повороты выработок. Таким образом, три водолаза стояли на поворотах и подавали воздушные шланги идущему вперед водолазу.

Чтобы закрыть водонепроницаемую перемычку пришлось совершить 4 спуска. Удалив остатки коммуникаций и очистив от ила площадку, водолазы закрыли перемычку и затянули ее болтами. Работы выполняли ломом, лопатой, молотком и зубилом. После этого вода из выработок горизонта +130 была откачана без каких-либо затруднений. Откачка горизонта +130 м началась 19 декабря двумя насосами и закончилась 23 декабря.

Все работы выполнялись в полной темноте. Попытка воспользоваться искусственным подводным освещением оказалась безуспешной из-за взмученного ила. Сильно затрудняла выполнение подводных работ и низкая температура воды, достигающая на нижнем горизонте всего +2°С.

Разрешенное время нахождения на глубине составляло всего 20-25 минут и лишь в аварийных случаях – до 2 ч. 15 мин. На нижнем горизонте водолазам предстояло тратить только на преодоление пути до места работа и обратно 2-2,5 часа. Следовательно, времени для выполнения работ у перемычки не оставалось. Кроме того, режимы декомпрессии были составлены для условий, значительно отличающихся от шахтных.

Для выполнения работ на горизонте +100 м группа водолазов состояла из 4 человек – С. Хлестаков, А. Лопанцев, П. Царик и М. Половинкин.

Перемычка на +100 м оказалась почти полностью забита песком, мелким камнем и илом. Была предпринята попытка убрать ил лопатами, однако скоро поняли, что для выполнения работы таким способом придется затратить несколько месяцев. Размыть грунт можно было гидромонитором, но его не оказалось на шахте. В этой обстановке было решено использовать для размыва ила у перемычки пожарные шланги с брандспойтом и давление столба воды в водоотливных трубах. Соединяя отдельные пожарных шлангов, получили став длиной 250 м. Один конец его присоединили к водоотливной магистрали, а к другому присоединили брандспойт. Водолазы, потратив два спуска, протащили шланг под водой на расстояние 224 м до капитальной перемычки. Используя брандспойт как гидромонитор удалось размыть слой ила у перемычки. Тем не менее, закрыть створку, как это было на предыдущем горизонте, не удавалось. Водолазы были вынуждены прибегнуть к помощи ручной двухтонной тали, которую также с большим трудом доставили к месту работы. Работая брандспойтом и одновременно сантиметр за сантиметром подтягивая створку, удалось прижать ее к пазам в косяках перемычки. 9 января 1954 года в 14 часов перемычка на горизонте +100 м была закрыта. Задвижки на трубках, проходящих через перемычку не удалось закрыть по причине забитости их мелкой породой.

После этого уровень воды в стволе был понижен до затопленного горизонта двумя насосами на тележке в течение 3-4 часов. Но вдруг вода снова стала пребывать, насосы перестали справляться с притоком и ствол опять был затоплен до гор +130 м.

При повторном спуске было установлено, что вода под большим напором поступает по трубам, задвижки которых были оставлены открытыми, а также через отверстия для прокладки кабелей. А. Лопанцев закрыл задвижки, а отверстия для прохода кабелей забил деревянными пробками. После этого шахта была осушена без осложнений. 20 января 1954 года горизонт +100 м был откачан.

Всего водолазы сделали 19 групповых спусков на затопленный гор +100 м. продолжительность каждого спуска равнялась в среднем 8-9 часов, из которых на выполнение работ у перемычки затрачивалось не более 1-1,5 часа. Основная часть времени уходила на подъем водолазов в связи с необходимыми выдержками в период декомпрессии.

Несмотря на специальную меховую и ватную одежду и несколько пар шерстяного белья, водолазы при первых спусках в шахту тяжело страдали от холода, пока водолаз М. Половинкин не предложил для защиты от потери тепла простой способ. Он заключался в том, что водолазу в период выдержки на остановках подавался воздух в избытке. Это позволяло ему создать в скафандре воздушную подушку вплоть до ступней. Избыток воздуха в скафандре придавал водолазу положительную плавучесть, и он всплывал под кровлю выработки, в которой находился. В таком положении, как бы подвешенным к потолку, водолаз находился все время выдержки на остановках. Прослойка воздуха под скафандром значительно уменьшала потерю тепла организмом.

 

Каждый спуск в затопленную шахту, особенно на нижнем горизонте, был связан для водолазов с риском для жизни.

Загромождение горных выработок оборудованием, тросами, крепежным лесом и шпалами в условиях отсутствия видимости создавала весьма серьезные проблемы для водолазов. Водолазы дважды разбивали стекла боковых иллюминаторов об торчащие элементы оставшегося на рельсах горного оборудования. Только ювелирная регулировка количества и давления воздуха, подаваемого в шлем для дыхания, удержала треснувшие стекла от выпадения под водой, и водолазы сумели выйти на поверхность. При снятии шлемов после выхода на поверхность стекла все-таки рассыпались.

В один из спусков водолаз запутался в свисающей с кровли выработки цепной тали и оборвал кабель связи. Спасение водолаза заняло почти три часа. В другой раз запутавшегося водолаза спасали 13,5 часов!

Благодаря продуманной и четкой организации спусков, большому опыту водолазов в выполнении различных работ, мужеству и физической выносливости все трудности были преодолены и работа успешно выполнена без несчастных случаев.

Со времени прибытия водолазов на рудник и до откачки шахты прошло 55 дней. Это был первый в горной практике опыт использования водолазов при ликвидации затопления шахт.

2 октября 1954 года вводится в эксплуатацию капитальная наклонная шахта №4-4бис. А в конце 1955 года вводится в эксплуатацию еще одна шахта №11-11бис малая.

Капитальные наклонные шахты имели производительность 400 тыс. тонн боксита в год. Стволы сечением 15 м² и были закреплены сплошной деревянной крепью. Подъем руды производился в 5-тонных скипах, спуск подъем людей – в клетях.

 

 

 

Весной 1958 года на Кальинском руднике вводится в эксплуатацию горизонт -100 м шахты №7-7бис и горизонт -70 м шахты №4-4бис.

 

 

 

В начале 1963 года началась проходка стволов новой вертикальной шахты №13-13бис.

 

 

К концу 1966 года оба ствола шахты №13-13бис были пройдены до отметки -370 м от поверхности. Началась проходка вскрывающего квершлага с шахты №7-7бис и проходка околоствольных выработок гор. -140 м.

В феврале 1966 года для отработки южного фланга Кальинского месторождения (участок «Южная Калья») была сдана в эксплуатацию шахта №14-14бис. Данная шахта также отрабатывала участок «Восточная залежь» месторождения «Красная Шапочка».

 

В январе 1967 года шахта №4-4бис и №11-«Малая» окончательно вошли в состав новой шахты №14-14бис.

1 июля 1969 приказом директора предложено шахту №7-7бис именовать шахтой №13-13бис в связи с вводом в эксплуатацию первой очереди комплекса вертикальной шахты №13-13бис (до гор. -50 м). Проектная производительность шахты №13-13бис определялась в 700 тыс. тонн боксита в год.

 

В 1970 году институтом «Гипроникель» был составлен проект вскрытия и отработки глубоких горизонтов Кальинского месторождения ниже отметки -140 м. В 1972 году был составлен новый проект, в котором предусматривалось мощность шахты №13-13бис до 1500 тыс. т с перспективной увлечения до 1800-2000 тыс. т в год. Увеличение производительности стало возможным благодаря изменению вскрытия месторождения и переводу шахты на новую технологию добычи бокситов с применением самоходного погрузочно-доставочного оборудования и твердеющей закладки.

 

В августе 1971 года в блоке №7-северный на горизонте -95 м шахты №13-13бис были начаты первые опытно-промышленные испытания камерно-столбовой системы с применением самоходного оборудования и со скважинной отбойкой руды.

 

А с 1972 года на Кальинском руднике проводятся уже широкие испытания камерно-столбовой системы с применением самоходного забойного оборудования, внедрение которого в сложных горно-геологических условиях СУБРа стало возможным в результате изменения конструкции системы разработки. Новизна системы заключалась в том, что выемка камерных запасов осуществляется нисходящими горизонтальными слоями высотой 2-4 м, позволяющей обеспечить полное извлечение боксита при высокой эффективности очистных работ.

Производительность труда очистных бригад в блоках, где начало применяться самоходное оборудование, увеличилась на 30%, а среднесуточная добыча руды в блоке увеличилась в два раза по сравнению с блоками, где применялась скреперная доставка.

В начале 1972 года на шахте №13-13бис начинаются промышленные испытания добычи руды погрузочной машиной Cavo-510 «Atlascopco», 18 января были добыты первые тонны руды с применением данной машины.

В марте этого же года проходят испытания комбайна 4ПНБ-2, в мае – испытания проходческого комплекса КПН-1М и реконструкции ствола №7.

В конце 1972 года шахта №13-13бис вышла на проектную мощность.

 

К 1973 году добыча руды камерно-столбовой системой с применением самоходных машин значительно возросла. На шахте №14-14бис были начаты промышленные испытания полного комплекса машин с пневматическим приводом: буровой каретки СБУ-2М и погрузочно-доставочной машины Cavo-511. Машины на пневматическом ходу не нашли широкого применения ввиду ограниченной скорости передвижения (3,5-5 км/ч) и невозможности преодоления длительных подъемов с углом более 8-10°, постоянно находясь в зависимости от источника пневматической энергии.

С 1973 года на шахте №13-13бис в блоке №11 горизонта -95 м ведутся промышленные испытания камерно-столбовой системы с применением погрузочно-доставочной дизельной машины ST-5A с ковшом емкостью 2 м³ вместо стандартной емкости 3,8 м³. В мае 1974 года эти промышленные испытания были успешно завершены, после чего дизельные машины нашли широкое применение при камерно-столбовой системе разработки.

К 1980 году производительность шахты №13-13бис предусматривалось довести до 1200-1500 тыс. тонн за счет совместной отработки двух месторождений – «Кальинского» и участка «Восточная залежь» месторождения «Красная шапочка». Совместная отработка двух месторождений осуществлялась до горизонта -740 м, до ввода в эксплуатацию шахты «Ново-Кальинская».

 

В 1980-1995 годах проведена очередная доразведка Кальинского месторождения и пересчет запасов. По результатам разведочных работ получен значительный прирост запасов боксита, что вывело Кальинское месторождение в разряд крупнейших месторождений Североуральского бассейна.

 

С 5 октября 1990 года приказом №709 шахта №13-13бис переименована в шахту «Кальинская».

 

Вскрытие и отработка Кальинского месторождения осуществляется очередями. Последовательно реализовано вскрытие запасов I очереди (-140 м), II очереди (-590 м) и III очереди (в интервале -680-860 м). Вскрытие глубоких горизонтов предусмотрено двумя этапами: IV очередью на отметках -920-1100 м и V очередью в интервале отметок -1160-1460 м.

В настоящее время вскрытие горизонтов предусматривается IV очередью в интервале отметок -860-1220 м. Отработка горизонтов ниже минус -1220м требует дополнительного технико-экономического обоснования.

 

Вскрытие Кальинского месторождения ниже горизонта -860 м осуществлено по ступенчатой схеме слепыми наклонными стволами, заложенными с базового горизонта в лежачем боку рудной залежи. Это позволило обеспечить своевременный ввод новых горизонтов (-860 м, -950 м, -1040 м, -1130 м и -1220 м) и сократить объемы горно-капитальных работ.

 

 

Геология Кальинского месторождения

Кальинское месторождение в структурном отношении приурочено к центральной части Североуральского (Петропавловского) бокситового бассейна, к западному крылу Шегультанской синклинали в пределах Петропавловской структурно-фациальной зоны, сложенной мощными комплексами осадков силурийского и девонского возраста (карбонатными и терригенно-карбонатными образованиями).

Кальинское месторождение по линиям тектонических нарушений (диагональных сбросов) разделяется на три обособленных участка: (Северо-Кальинский или Северная Калья), Центральный (Центрально-Кальинский или Центральная Калья) и Южный (Южно-Кальинский или Южная Калья).

Широтные границы Кальинского месторождения совпадают с зонами крупных тектонических нарушений. На севере Кальинское местороджление отделяется от Ново-Кальинского месторождения по Ново-Кальинскому и Северо-Кальинскому сбросам, а на юге граничит с участком «Восточная залежь» месторождения «Красная Шапочка» по Южно-Кальинскому сбросу. Западная граница Кальинского месторождения проходит по бывшему выходу рудного тела на дневную поверхность. Бокситовое оруденение на месторождении распространяется далее на восток до глубины свыше 1900 м. Протяженность месторождения по простиранию достигает 5,5 км, по падению – 3,5 км.

Залежь боксита имеет пластообраную форму и залегает наклонно под углом 25-30°. Местами бокситовая залежь сильно нарушена дизъюнктивной тектоникой, но общие элементы залегания в рудных блоках при этом заметно не меняется.

Промышленное оруденение представлено субровским рудным горизонтом, залегающим в основании эйфельских отложений. Бокситы приурочены к стратиграфическому перерыву в осадконакоплении в среднем девоне. Кровля рудной залежи сложена темно-серыми битуминозными амфипоровыми известняками и глинистыми сланцами нижнего эйфеля, а в почве залегают светло-серые и розовые массивные рифогенные известняки петропавловской свиты, верхняя часть которых относится к жединскому ярусу. Залежь боксита имеет ровную верхнюю и крайне неровную закарстованную нижнюю поверхность. Из-за сложного рельефа подстилающих известняков мощности бокситовой залежи весьма изменчивы на коротком расстоянии (от нескольких сантиметров до 26 м).

По литологической характеристике бокситовой залежи выделяются два подгоризнота: верхний подгоризнот зеленовато-серых пиритизированных слоистых бокситов и нижний подгоризонт красных бокситов.

Серые бокситы имеют незначительную мощность.

Нижний подгоризонт красных руд сложен красными рудами, среди которых выделяются красные маркие, красные немаркие и редко яшмовидные бокситы. В небольшом количестве здесь встречаются обесцвеченные бокситы и бокситы-колчеданы, образовавшиеся в результате эпигенетических и гипергенных процессов.

В основании рудного тела эпизодически встречается «рудная брекчия», которая представляет собой породу, состоящую из обломков известняка, сцементированных бокситом, или известняк с многочисленными трещинами и включениями боксита. Ввиду низкого содержания глинозема «рудная брекчия» не имеет промышленного значения.

Основную массу запасов составляют красные маркие и немаркие бокситы.

По химическому и минеральному составу бокситы Кальинского месторождения аналогичны бокситам других месторождений бассейна и относятся к диаспоровому типу. В состав бокситов входят следующие главнейшие минералы: диаспор, бемит, каолинит, гематит, кальцит, хлорит, пирит, сидерит. Три последних минерала более характерны для пестроцветных руд.

 

 

Эндогенные пожары

Бокситы перекрываются темно-серыми битуминозными амфипоровыми известняками, реже сланцами, которые являются фациальными их аналогами. Известково-глинистые сланцы плотные слоистые, вследствие чего они обрушаются при обнажении кровли в несколько квадратных метров.

Известково-глинистые сланцы с мощностями свыше 5 м и с содержанием серы выше 2% и органического углерода более 1% являются потенциально пожароопасными.

6 февраля 1956 года произошел первый эндогенный пожар в очистных выработках на горизонте +160 м шахты №4-4бис Кальинского рудника, где имели широкое площадное развитие сланцы с мощностями более 5 м. Участок пожара был изолирован перемычками, с поверхности были пробурены 4 скважины, по которым очаг пожара был залит водой.

Дальнейшими разведками было установлено, что на Кальинском месторождении участков со сланцами мощностью выше 3,7 м невелико, т.к. кровля практически вся представлена известняками.

 

Горные удары

Североуральские бокситовые месторождения с глубины 350 м отнесены к опасным по горным ударам и признаны одними из наиболее удароопасных среди известных рудных месторождений в мире.

С глубины 400 м (отм. -200 м) горные породы Кальинского месторождения становятся удароопасными. Кальинское месторождение является одним из наиболее удароопасных на СУБРе. В структурно-тектоническом отношении месторождение представляет собой блочную ступенчатую систему оруденения с поднятием блоков друг относительно друга в северном направлении. Естественными границами блоков являются крупные тектонические нарушения типа сбросов и взбросов с амплитудами смещения крыльев до 100-150 м. Накапливаемая в результате непрерывного взаимодействия тектонических блоков энергия упругого деформирования горных пород периодически высвобождается как в форме обычных сейсмических явлений, так и в форме явлений сдвигового типа (подвижек).

Наибольшей сейсмической активностью отличается южный тектонический блок, заключенный между активным Кальинским сбросом на юге и активным Центрально-Кальинским взбросом на севере. Более 90% горных ударов расследованы в этом блоке.

Отработка Кальинского месторождения ведется с применением профилактических противоударных мероприятий, снижающих вероятность проявления горного давления в динамической форме. К этим мероприятиям относятся: равномерное понижение горных работ, первоочередная отработка участков с малой мощностью, разгрузка крупных тектонических нарушений камуфлетными скважинами, уменьшение концентрации напряжений на краевой части отрабатываемого массива за счет принудительной посадки кровли.

 

Для уменьшения горного давления капитальным выработкам придается шатровая форма.

 

Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия разработки Кальинского месторождения сложные, что связано с неоднородной закарстованностью и высокой обводненностью рудовмещающих пород.

Для изоляции речного стока от карстовых водоносных горизонтов реки Калья и Сухая были изолированы в водонепроницаемые железобетонные каналы.

С целью защиты горных выработок от обводнения подземными водами, формирующихся в северной части карстового массива, в 1962-1980 годах были введены в эксплуатацию Кальинский (1965), Северо-Восточный, Черемуховский, Сосьвинский и Северо-Сосьвинский дренажные узлы, состоящие из водозаборных скважин глубиной до 400 м и оборудованных насосами ЭЦВ 14-210-300К. В результате водоотлива из дренажных узлов общей производительностью от 12000 до 25000 м3/ч уровни подземных вод на северном фланге Кальинского месторождения бокситов были снижены до отметок -50, -60 м.

Общий водоприток в горные выработки составляет около 700 м³/ч.

В 1967 году Североуральской комплексной экспедицией было разведано Кальинское месторождение подземных вод. С 1973 года данное месторождение используется для водоснабжения г. Североуральска и Кальинского рудника. Водозабор совмещен с Кальинским дренажным узлом.

В настоящее время на шахте «Кальинская» внутришахтный водоотлив обеспечивается четырехступенчатой схемой с расположением главных водоотливных установок заглубленного типа на горизонтах -140 м, -500 м, -860 м, -1040 м.

 

 

 

 

 

Для предупреждения внезапных прорывов воды в горные выработки ведение горно-капитальных, горно-подготовительных и очистных работ сопровождается бурением опережающих, пьезометрических и наклонно-восстающих дренажных скважин. Опережающие скважины бурятся для предупреждения внезапных прорывов воды при проходке горно-капитальных и горно-подготовительных выработок. Опережение забоев выработок скважинами должно быть не менее 5 метров.

 

 

 

 

Вентиляция

Первоначально шахтные поля шахт №7-7бис и №4-4бис Кальинского рудника проветривались обособленно. Проветривание шахт изначально осуществлялось нагнетательным способом. Но такой способ проветривания имел ряд крупных недостатков, поэтому с 1955 года начали переходить на отсасывающий способ с установкой осевых вентиляторов на фланговых восстающих. Применялись вентиляторные установки ЦАГИ ВУП(Д)-1,8, которые работали на всасывание.

В 1975-1976 годах на шахте №13-13бис были введены в эксплуатацию главные вентиляторные установки, размещенные на фланговых вертикальных стволах.

В настоящее время шахтное поле шахты Кальинская проветривается с помощью двух центробежных установок, расположенных на фланговых вентиляционных стволах (ЮВС и СВС). На северном вентиляционном стволе (СВС) установлен вентилятор ВЦД-47, на южном стволе (ЮВС) – вентилятор ВЦД-32.

 

Свежий воздух поступает по клетевому стволу №13, по наклонному стволу №7 и по АТУ, которые расположены в центре шахтного поля. Для подогрева свежего воздуха в зимнее время ствол №13 оборудован калориферами КВ6-12.

После проветривания горных выработок отработанный воздух удаляется по вертикальным стволам ЮВС и СВС.

 

 

Системы разработки Кальинского месторождения

С начала разработки Кальинского месторождения можно выделить четыре этапа развития и совершенствования систем разработки:

1. С начала эксплуатации – открытая отработка и изыскание систем разработки для подземных работ;
2. В 1943-1954 годах – усовершенствование системы слоевого обрушения, принятой в качестве основной;
3. Период с 1955 года характеризуется освоением штанговой крепи при очистной выемке и промышленным внедрении на этой основе камерно-столбовой системы разработки. Одновременно продолжается усовершенствование системы слоевого обрушения;
4. Начиная с 1970 года ведутся работы по применению систем с закладкой и самоходным оборудованием.

В настоящее время при подземной разработке Кальинского месторождения применяются следующие системы: камерно-столбовая (КССР) со штанговой крепью как основная и система слоевого обрушения (ССО) — на участках с неустойчивой кровлей.

Камерно-столбовая система разработки (КССР) применяется в условиях относительно устойчивой кровли и мощности рудного тела от 3 до 8 м. Высота этажа достигает 90 м. По простиранию рудной залежи запасы этажа делятся на блоки размером 40-45 м. В середине блока у контакта с висячим боком проходится восстающий, из которого через 6 м по вертикали нарезаются панельные штреки. Отработка эксплуатационного блока ведется сверху вниз. Выемка запасов в пределах каждой панели осуществляется в несколько приемов. Вначале отрабатывается подсечкой слой высотой 2,2-2,5 м, затем уступным забоем по восстанию дорабатываются остальные запасы панели. Для поддержания кровли оставляются опорные целики.

 

Камерно-столбовая система разработки характеризуется высокой производительностью труда, небольшим объемом подготовительных работ, благоприятными условиями для механизированной погрузки руды, сравнительно низкой стоимостью добычи.

 

 

К недостаткам системы относятся: значительные потери руды в целиках, трудность забойной сортировки рудной массы, трудность наблюдение за состоянием кровли выработанного пространства.

Система слоевого обрушения (ССО) дает возможность отрабатывать рудные тела большой мощности при сравнительно малых потерях и небольшом разубоживании руды. ССО позволяет вести сортировку пустых пород в очистных забоях с уборкой их в выработанное пространство. К недостаткам системы относятся низкая производительность и высокая себестоимость добычи руды.

 

 

 

Возможность применения той или иной системы для отработки того или иного блока определяется после установления степени устойчивости пород кровли и средней нормальной мощности рудной залежи по данным эксплуатационной разведки.

При подготовке очистных блоков производится эксплуатационная разведка кровли скважинами глубиной 4-6 м с расстоянием между ними по простиранию и по падению 10-12 м. Скважин бурятся буровыми станками НКР-100м. При помощи гидропульта скважины промываются и просматриваются оптическим прибором РВП-456 с целью установления литологии и трещиноватости.

При отработке участков месторождения бокситов с неустойчивыми породами кровли широкое применение нашли сталеполимерные анкеры (СПА).

 

 

 

 

 

 

В связи с переходом СУБРа на новые системы разработки месторождений с применением самоходного оборудования и закладкой выработанного пространства в 1972 году институтом «Унипромедь» был выполнен проект «Перевод шахты №13-13бис на системы разработки с закладкой и применением самоходного оборудования». Для этой цели в 1982 году на поверхности шахты «Кальинская» был построен закладочный комплекс производительностью 200 тыс. м³ закладочной смеси в год

Применение системы с твердеющей закладкой позволила резко снизить потери руды (до 7%), но такая система оказалась очень трудоемкой (имели место постоянные аварии) и сильно увеличивала себестоимость руды. В настоящее время закладка не применяется, рудные целики выпускаются на нижележащий горизонт.

Отбитая руда из очистных блоков нагружается в вагонетки ВГ-4,5 и откатывается к круговым опрокидывателям.

 

 

 

 

 

 

 

Круговой опрокидыватель позволяет разгружать сразу две вагонетки. Управление электровозом при разгрузке выполняется дистанционно с пульта.

 

 

 

 

 

 

Для погрузки в скипы пустой породы имеется породный опрокид.

 

 

 

 

Вся добытая в шахте руда скипами поднимается на поверхность и через систему конвейерных галерей поступает на поверхностный склад руды.

 

В настоящее время поле шахты «Кальинская» вскрыто группой центральных стволов №13-13бис (клетевым, двумя скиповыми и вспомогательным), пройденным до горизонта -890 м.

Горизонты ниже отметки -890 м вскрыты четырьмя слепыми уклонами: РУ-1, РУ-2, ПМУ и СКСУ. Для спуска рабочих пройдены два МДК до гор. -1220 м.

 

 

 

 

 

Рудные уклоны РУ-1 и РУ-2 служат для выдачи руды на базовый горизонт -860 м.

Породно-материальный уклон (ПМУ) обеспечивает выдачу пустой породы, а также спуск-подъем материалов и оборудования на глубокие горизонты.

Скипо-клетевой строительный уклон (СКСУ) оборудован скиповым и клетевым подъемами и служит для строительства горизонтов. По уклону осуществляется спуск-подъем людей, выдача породы, доставка материалов и оборудования на строящиеся горизонты.

 

 

 

 

Для спуска самоходного оборудования с поверхности пройден автотранспортный уклон (АТУ).

 

 

 

В настоящее время добычные работы ведутся на горизонтах -860 м, -950 м, -1040 м, -1130 м.

 

 

Проходка подготовительных выработок производится с применением машин ПНБ-3К.

 

Погрузка пустой породы осуществляется в вагонетки.

 

 

 

 

В зависимости от крепости пород кровли выработки проходятся с креплением СПШ, торкретбетоном, спецпрофилем СВП, бетоном.

 

 

Ниже горизонта -860 м была увеличена высота этажа с 60 до 90 м, что позволило сократить объемы проходки горно-капитальных выработок.

Все стрелочные переезды оборудованы автоматической световой сигнализацией.

 

Для безопасности при маневрировании составов на опасных участках установлены сферические зеркала с большим углом обзора.

 

Ремонт и обслуживание техники и подвижного состава осуществляется в специальных подземных станциях (ПОСО) и камерах ремонта подвижного состава (КРПС).

 

 

Шахтные электровозы К-10 используются на вспомогательных работах.

 

 

 

 

 

 

Производительность шахты «Кальинская» составляет 1 млн. тонн боксита в год. Доля в общих запасах составляет 14%, в объеме добычи – 25% по СУБРу.

 

 

В настоящее время АО «СУБР» является крупнейшим современным горнодобывающим предприятием на Урале и занимает одно из лидирующих мест в рейтинге российских предприятий такого типа. В состав предприятия входят три крупных высокомеханизированных вертикальных шахты глубиной 1000-1500 м («Черемуховская», «Ново-Кальинская», «Кальинская»), Петропавловский известняковый карьер, цех транспорта и шихтовки, автотракторный цех, система гидротехнических сооружений, и уникальная сейсмостанция «Североуральск».

Выражаю благодарность и признательность пресс-службе АО «СУБР» и руководству и сотрудникам шахты «Кальинская» за организацию и проведение экскурсии по предприятию.

 

 

Использованная литература и источники:

Абакумов И.В. Технико-экономическое обоснование постоянных разведочных кондиций на бокситы месторождений СУБРа. 2003.
Андронов С.М. Объяснительная записка к таблицам подсчета прироста запасов в III квартале 1945 года на Северо-Уральских бокситовых месторождениях. 1945.
Андронов С.М., Атаев А.Я. Кальинское месторождение бокситов на Северном Урале. Сводный отчет о разведочных работах 1940-1945 годов. 1945.
Антропов Б.Г., Плотников И.И. Геологическое строение и запасы Кальинского месторождения бокситов на Северном Урале. Результаты детальной разведки с подсчетом запасов бокситов по состоянию на 01.01.98г. 1998.
Антропов Б.Г., Плотников И.И. Материалы к технико-экономическому обоснованию кондиций для подсчета запасов Кальинского месторождения бокситов. 1995.
Артамонов В.С. Объяснительная записка к подсчету запасов прирощенных на Кальинском и Черемуховском месторождениях в III квартале 1947 года. 1947.
Артамонов В.С. Объяснительная записка к подсчету прироста запасов на Кальинском и Черемуховском месторождениях во II квартале 1947 года. 1947.
Артамонов В.С., Ривкина В.А. Объяснительная записка к таблицам подсчета запасов, прирощенных в 1946 году на Черемуховском и Кальинском месторождениях. 1947.
Архангельский Н.И. К вопросу о классификации Уральских бокситов. // «Легкие металлы». 1936, №12.
Архангельский Н.И. Условия залегания и генезис уральских бокситов. // Труды конференции по генезису руд железа, марганца и алюминия. 1937.
Атаев А.Я., Козлов К.С. Геологическое строение и запасы Кальинского месторождения бокситов на Северном Урале по состоянию разведанности на 01.04.1974 года. 1974.
Боровиков П.А. Водолазное дело России: с конца 1930-х годов и до наших дней. 2017.
Бушинский Г.И. Геология бокситов. Второе издание. 1975.
Виноградов С.А. Производственное объединение «Североуралбокситруда». // «Горный журнал». 1987, №11.
Винокур Б.Ш., Ермаков Н.И. Напряженное состояние массива пород и удароопасность месторождений Северного Урала. // «Безопасность труда в промышленности». 1981, №1.
Галеева Н.А. От рождения до зрелости. 2000.
Геологическое строение СССР. Том 4. Полезные ископаемые. 1958.
Девяткин В.В., Коржавин А.Н. Водолазы на ликвидации аварии в шахте. // «Горный журнал». 1957, №8.
Забелышенский И.М. Соревнования горнопроходческих бригад. // «Горный журнал». 1947, №6.
Золотарев Л.А., Дементьев В.Н. Отчет о результатах радиометрических поисков, проведенных СУБЭ и СУБРом в 1951-1957 гг. 1958.
Колесов В.А., Селивоник В.Г., Микулин Е.И. К проблеме горных ударов на шахтах СУБРа. // «Горный журнал». 1994, №3.
Колосова О.В. Выбор рациональных схем вскрытия глубоких горизонтов шахт ОАО «Севуралбокситруда» в условиях удароопасности. // «Записки горного института». 2002. Т.150, часть 1.
Комарский В.Я. Каржавин Николай Акимович (с 100-летию со дня рождения). // «Уральский геологический журнал». 1999, №5.
Королев В.С., Григорьева И.Ю., Королев В.А. Эколого-геологические условия Кальинского месторождения (Северный Урал). / Эколого-экономическая безопасность горнопромышленных регионов. Сборник научных статей. 2022.
Костин Н.П., Алексеевский Н.А. 268,6 метров одним забоем в месяц. // «Горный журнал». 1950, №8.
Коурова Е.П. Изучение вещественного состава пород бокситового горизонта Кальинского месторождения. 1958.
Кузнецова Л.Я. Отчет о геологических результатах работ Уральского производственного объединения «Уралгеология». Том IX. Прирост запасов бокситов. 1982.
Курс месторождений твердых полезных ископаемых. / Под ред. Татаринова П.М. и Карякина А.Е. 1975.
Лискова М.Ю., Осинцев В.А., Широков М.А., Барановский К.В. Возможности контроля движения воздушных потоков по выработанному пространству с помощью создаваемой в шахте нулевой депрессии. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2013, №6.
Мартынов В.С., Романский П.А., Меркурьев Н.А. Проектирование вскрытия глубоких горизонтов бокситовых месторождений. // «Горный журнал». 2004, №3.
Миронов В.В., Кравченко А.Н., Вагин Н.А., Попов А.С., Строкач Н.Д., Люц Г.Х. Промышленное освоение СИНВ-III на шахтах ОАО «Севуралбокситруда». // «Безопасность труда в промышленности». 2001, №3.
Мормиль С.И., Сальникова В.Л. Техногенные месторождения Среднего Урала и оценка их воздействия на окружающую среду. 2002.
Мохирев Н.Н., Попов А.С., Шадрин М.А. Системы вентиляции шахт ОАО «Севуралбоскитруда» и пути повышения их эффективности. // «Горный журнал». 2004, №3.
Мохирев Н.Н., Попов А.С., Шадрин М.А., Зилеев Г.П. Уменьшение подсосов воздуха в рудники с поверхности через выработанные пространства. // «Горный информационно-аналитический бюллетень».2004, №8.
Мохирев Н.Н., Радько В.В. Размещение главных вентиляторных установок под землей на шахтах «Севуралбокситруда»: трудности и их преодоление. // Вестник Пермского государственного технического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2006, Том 5, №1.
Носырев Б.А., Мирошниченко С.С., Евсеев А.В., Тощев Ю.В., Корнилов А.Я. Эксплуатация главных вентиляторных установок на СУБРе. // «Безопасность труда в промышленности». 1976, №5.
Огородников О.Н., Гладковский А.К. Геосинклинальные месторождения бокситов на Урале и их связь с вулканизмом. 1975.
Памяти Ивана Григорьевича Можжерина. // «Уральский геологический журнал». 2009, №3.
Платонова В.В. Гидрогеологические работы по обеспечению защиты горных выработок от обводнения на месторождениях СУБРа – Кальинское и «Красная Шапочка». 2000.
Плотников И.И. Гидрогеологические проблемы разработки бокситовых месторождений Урала. // «Советская геология». 1985, №3.
Половов Б.Д. Проблемы вскрытия глубоких горизонтов при строительстве и реконструкции шахт. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 1993, №3.
Попов О.П., Антропов Б.Г., Захаров Ю.А. История создания сырьевой базы алюминиевой промышленности Урала. // «Советская геология». 1992, №7.
Радько В.В. ОАО «Севуралбокситруда»: история и основные направления развития. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 2004, №3.
Радько В.В., Попов А.С., Широков А.В. Своевременный ввод новых мощностей – основа стабильной деятельности ОАО «Севуралбокситруда». // «Горный журнал». 2004, №3.
Ремпель П.А., Царьков А.Н., Эрдман А.И., Дробот Б.П. Опыт и перспективы применения самоходного оборудования на шахтах СУБРа. // «Горный журнал». 1974, №10.
Сапожников Д.Г. Вторичные изменения бокситов из месторождений СССР. 1980.
Сафронов В.Г. На Североуральском бокситовом руднике. // «Безопасность труда в промышленности». 1977, №3.
Сидоров Д.В. Методология снижения удароопасности при применении камерно-столбовой системы разработки Североуральских бокситовых месторождений на больших глубинах. // «Записки Горного института». т. 223, 2017.
Скоба Н.Д. Опыт скоростных проходок штреков на Североуральских бокситовых рудниках. // «Горный журнал».
Скутина Т. Резервы горняков.
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.
Смирнов Л.Н. Гидрогеологическая характеристика района Кальинского месторождения бокситов на Северном Урале. 1942.
Смирнов Л.Н. Гидрогеология Североуральского бокситового бассейна. // «Горный журнал». 1946, №2.
Смирнов Л.Н., Соколов Н.Ф. Отчет о результатах гидрогеологических работ, проведенных в 1945 году на Североуральских бокситовых месторождениях. 1946.
Ткаченко О.А. Объяснительная записка к подсчету запасов на Кальинском месторождении бокситов по состоянию разведанности на 01.01.1953 года. 1953.
Трепачев С.Д., Евсеев А.В., Кива И.А., Подвысоцкий К.С., Носырев Б.А., Ярцев В.А., Тимухин С.А. Пути снижения потерь воздуха в вентиляционных системах рудников. // «Безопасность труда в промышленности». 1982, №2.
Урал горный на рубеже веков. Уральская горная энциклопедия. Том 2. Горное производство цветной металлургии Урала. 2004.
Хроника горного дела. // «Горный журнал». 1935, №3.
Шевяков Л.Д., Маньковский Г.И. Проблемы борьбы с водой при строительстве и эксплуатации Североуральских бокситовых рудников. // «Горный журнал». 1958, №5.
Шемякин В.С. Рудоподготовка и комплексное использование алюминийсодержащего сырья. // «Известия высших учебных заведений. Горный журнал». 1993, №3.
Этингов С.И., Левитский И.С. Североуральский бокситовый рудник. [К 100-летию со дня рождения В. И. Ленина. 1870—1970]). 1970.