CC BY
27
тас и в экономическом отношении (более дешевая водоподготовка).
2. Водозаборы ггридолинных месторождений более надежно защищены от залповых выбросов язнения, чем поверхностные источники, так как на них происходит сглаживание ентрационных пиков в привлекаемых речных водах. По этой же причине контроль качества •од на береговых водозаборах более надежен (размазанные во времени всплески концентрации легче фиксируются, чем кратковременные).
^3. На этапе разведки трудно сделать надежный прогноз качества вод. Целесообразно использовать мплексный подход, описанный в работе [4]: создание постоянно действующей рогеомиграционной модели месторождения и модельно-ориенгированный мониторинг на этапе ллуатации с уточнением модели, проигрыванием на ней возможных ситуаций и выработкой рекомендаций по дальнейшей эксплуатации месторождения и действий в аварийных ситуациях.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Булатов Р.В. Альтернативное водоснабжение крупных городов Урала//Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 1995. - N5. - С177-187.
2. Плотников Н.И., Плотников H.A., Сычев К.И. Гидрогеологические основы искусственного восполнения запасов подземных вод. - М.: Недра, 1978.-311 с.
3. Малые реки России (использование, регулирование, охрана, методы водохозяйственных расчетов). - Свердловск: Сред-Урал. кн. изд-во, 1988. -320 е.: черт.
4. Фельдман A.A., Рыбникова A.C., Копылов Д.В. Оценка эксплуатационных запасов и мониторинг месторождений подземных вод в многопластовых гидрогеологических системах Зауралья//Проблемы изучения и использования геологической среды: Межвузовский сборник.-Новочеркасск, 1996. - С 36-50.
5. Шестахо» В.М. Мониторинг подземных вод - принципы, методы, проблемы//Геоэкология. -
1993. - Nte 6.
УДК 624.131.43;622.
И.В.Абатурова Э.И.Афанасиади
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩИ ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Оптимизация строительства горных предприятий и процесса отработки полезного ископаемого требует обоснованной оценки инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых; выделе!гия главных компонентов инженерно-геологических условий, определяющих процесс отработки, оценки масштаба их воздействия и прогнозирования поведения горных пород при разработке месторождения.
Одной из главных особенностей Вэронцовского месторождения, которые определяют условия отработки месторождения, является развитие в его пределах карбонатных пород. .
Карбонатные породы представлены брекчированными известняками девонского возраста, в разной степени мраморизованными, неравномернозернистой структуры.
Брекчированные известняки - это обломки известняков размером 1-2-10 мм, промежутки между которыми выполнены метасомгтически измененным туфогенным цементом.
Рельеф кровли известняков отличается чрезвычайной сложностью, изрезанностью, здесь отмечаются карстово-эрозионные уступы глубиной 100-120 м, карстовые щели, карстовые козырьки мощностью 5-10 м, карстовые долины.
Карстовые депрессии, имеющие различные формы в плане (вытянутые в меридиональном направлении асимметричной формы, сложной формы, соединяющей несколько карстовых котловин),
187
выполнены глинами с включениями гравия, дресвы, гальки, обломков к глыб известняка, дресвяк щебнистыми образованиями с суглинками и глинами в заполнителе и смещенными (обрушившими; сползшими в карстовые полости) корами выветривания. Мощность карстовых образований веем изменчива; она варьирует от первых единиц метров до 130 м в пределах северной час: месторождения, от 0 до 70 м - в пределах южной части месторождения.
Исследования физико-механических свойств показали, что породы карбонатной толщи имех довольно низкие значения прочностных свойств (табл.1), однако установлено, что, различаясь: минеральному составу, мралюризованные и брекчированные известняки отличаются и по основнь; физико-механическим характеристикам Брекчированные известняки имеют более высокие значен» прочности (Яс= 127 МПа), коэффициента крепости (6ф.= 14) и плотности (р=2.79 г/см), чт очевидно, связано с присутствием в брекчированных известняках прочного туфогенно: цементирующего материала, изменением текстурно-структурных особенностей и оруденением
Таблица Î
Показатели физико-механических свойств пород карбонатной толщи
Показатели физико- • механических свойств Известняки, мраморизованные известняки Брекчированные известмяки
Плотносту г/см 2.71 2.79
Предел прочности на
растяжение, МПа 10.7 11.4
Предел прочности на
сжатие, МПа 109 127
Предел прочности ка
сжатие в водонасьш;.
состоянии. МПа 98 75
Удельное сцепление,
МПа 19.7 27
Коэффициент крепости 8 14
Одним из основных факторов, определяющих инженерно-геологические особенности поро„ карбонатной толщи, степень и характер ее закарстованности, является трещиноватость. раздробленность пород, морфология стенок трещин, минеральный состав заполнителя трещин.
Массив горных пород, слагающих Воронцовосое месторождение, пересекается двумя крупными разломами (Воронцовским и Южно-Воронцовским). Интенсивные тектонические движения привели к сильной дислокации пород и их дроблению участками до глинисто-обломочного состояния с зеркалами скольжения и борю злами трения. Мощность зоны разлома до 30 м, на глубинах от 20 до 50-60 м от основной линии разлома отходят оперяющие трещины отрыва, которые характеризуются зонами дробления, мсжпластовыми срывами.
Анализ результатов обработки трещиноватости показал, что трещины, разбивающие массив карбонатных пород, имеют сетчатый рисунок. Это трещины тонкие, волосные, ветвящиеся, для них характерны смещения, раздувы, поверхности трещин неровные, по ним часто отмечается выщелачивание, до образования каверн, глубиной 2-3-5 мм. Заполнителем трещин являются гидроокислы железа, корочки хлоритов и карбонатов. Преобладающим направлением линеаментов являются северо-западное и юго-восточное с углами 30-80 град (рис.1).
Наличие систем трещин и неоднородность их пространственного распределения обуславливают анизотропность и неоднородность массива карбонатных пород, влияющих на развитие карстового процесса.
Главным свойством карстующихся пород является их пространственная неоднородность. В пределах изучаемого месторождения развиты поверхностные и подземные формы карста. Среди поверхностных выделяются:
- воронки, в профиле имеющие чашеобразную, конусообразную форму, в плане - округлые, овальные, вытянутые. По генезису воронки карстово-обвальные, карстово-суффозионные и смешанного типа;
- карры - разнообразные углубления в виде небольших разъединенных водой лунок, борозд,
188
Рис.1. Зарисовка стенки шурфа 12 горизонт 20,0м, рассечка 9
желобков, разделенных гребнями;
- поноры - небольшие отверстия и щели, которые обуславливают поглощение поверхностного стока в глубь массива известняков;
- западины - сложные карстово-эрозионные впадины; замкнутые и полузамкнутые отрицательные формы рельефа, в которых часто располагаются болота.
Распределение поверхностных карстовых форм по площади месторождения неравномерное, отмечается приуроченность и скопление их к зонам тектонических нарушений и к участкам контактов пород различного литологического состава. В среднем плотность поверхностных карстовых форм состазляют 12-16 штук на км2.
Глубинная закарсто ванн ость карбонатных пород Воронцовского месторождения определяется неоднородностью известняков по минеральному и петрографическому составу, структурно-текстурными особенностями, степенью метаморфизма и тектонической проработки. Выделение подземных карстовых форм, количественная оценка степени глубинной закарстованно<ти карбонатных пород проводились по методике И.М.Плотникова. В карбонатном масс и в г Воронцовского месторождения выделены подземные формы карста:
1. Закарсгованные трещины, расширенные за счет растворения. С развития этих трещи»« начинается процесс образования карстовых полостей. Ширина зияния этих трещин от единиц мм до 10-15 мм, поверхности трещин часто корродированы.
2. Каверны и поры растворения. Размеры каверн колеблются от 0.5 до 4-5 см по длине, форма их извилистая. Густота каверн различная, частота встречаемости обуславливаег пространственную закарстованность массива карбонатных пород. Форма закарстованности по И.И.Плотникову За, б; 4а, б.
3. Карстовые каналы, лотки и пустоты. К карстовым каналам относятся вскрытые скважинами карстовые пустоты, открытые или выполненные рыхлыми осадками размером 0,05-1,0 пустоты имеющие размеры менее 1,0 м карстовые полости.
Наибольшее количество подземных карстовых форм встречено в зонах разломов, повышенной трещиноватости и на контакте карбонатной толщи с интрузивными породами.
Таким образом, установлено, что наибольшая вероятность наличия интенсивно закарстованных зон связана с зонами повышенной трещиноватости, раздробленности и с контактами пород различного петрографического состава (рис. 2, 3).
Для количественной оценки степени глубинной закарстованности был принят коэффициент линейной закарстованности (Кз) и статистическая вероятность вскрытия карстовых форм скважинами:
Кз = 1к .
100%;
I
Рх = .
N
где Ьк - сум/ларная длина карстовых пустот, вскрытых скважинами;
Ь - общая длина скважин, пробуренных в карстующихся породах, м;
N - общее количество скважин,
т - количество скважин, вскрывших карстовые полости.
Так как вскрытие скважинами карстовых каналов является сравнительно редким явлением I возможны грубые ошибки, то за количественную оценку степени закарстованносп была принята не истинная величина коэффициента закарстованности. а его расчетные значения.
189
Условные обозначения
мрвиежм/ ф тгготмли
Рис. 2. Характер трещиноватости поро по .чанным замеров в шурфах
где 1 общая длина изучаемого интервала, м; 1( ) - суммарная длина перечисленных форм закарстованности, м.
Суммарный коэффициент закарстованности определяется по формуле
Рис.3. Увеличение интенсивности закарстованности карбонатной толщи в зоне Ворон цовского разлома и на контакте с интрузией по линии 54
Расчет коэффициента закарстованности осуществлялся по коэффициентам трещиноват карстовых проявлений I типа (Ктр1) и II типа (КтрИ):
Кгр1=£1(Ы>+ За.Ь + 6%3с); 1
КтрН=£1(4а,Ь +
1
где К'з, К "з - коэффициенты закарстованности первого и второго порядков соответственно.
Геолого-структурное строение месторождения, глубина залегания карбонатных толщ, водопроницаемость покрывающих известняки отложений, наличие в них водоупорных пород, степень закарстованности, трещиноватости и анализ результатов площадной геофизики позволило выполнить районирование массива известняков по степени закарстованности. Выделено три блока: сильнозакарстованных известняков с полями электрических сопротивлений р^ 2000 ом.м; среднезакарстованных с рк от 2000 до 4000 Ом.м и слабозакарстованных известняков с рк более 4000 Ом.м.
Для выделенных блоков установлено: 1) карстовые полости в массивах сильнозакарстованных известняков встречаются до глубин 230 м, среднезакарстованных до глубины 100 м и слабозакарстованных до глубины 40 м; 2) значения коэффициентов закарстованности с глубиной уменьшаются, но отмечаются отдельные интервалы, где эта тенденция нарушается; 3) мощность подзоны взаимосвязанных карстовых систем, установленная по величине суммарной закарстованности 0.2, составляет для массивов сильнозакарстованных известняков 300 м, среднезакарстованных -250 м, слабозакарстованных - 200 м.
Итогом изучения инженерно-геологических условий месторождений является построение инженерно-геологической модели месторождения, отображающей сходство и различие отдельных участков по условиям устойчивости в откосах уступов и бортов проектируемых карьеров. Инженерно-геологическое районирование карьерного поля является основой для управления геомеханическими процессами в бортовых массивах, сложенных карбонатными породами, так как обеспечивает надежный прогноз инженерно-геологических процессов и явлений, разработку эффективных мер
190
ж> целенаправленному воздействию на массив, обоснованный выбор способов контроля состояния карбонатного массива. Последовательное разделение территории месторождения по степени и устойчивости пород в откосах уступов проектируемого карьера, с учетом геолого-структурного кроения, степени тектонической нарушенности, наличия поверхностей ослабления, зон дробления, юрактера и степени поверхностной и глубинной закарстованности позволило разделить карбонатную толщу Воронцовского месторождения на три класса (табл.2) и рекомендовать для них ориентировочные углы наклона бортов, откосов уступов (табл.3).
Таблица 2
Характеристика классов устойчивости пород карбонатной толщи в откосах уступов
и бортах проектируемых карьеров
Показатели Класс устойчивых пород
1 -2 устойчивые, средней устойчивости За-низкой устойчивости
Выход керна.% 40-80 40-40
Модуль открытой 5-10 10-20
трещи новатости ,тр/м
Модуль кусковатосги,
ст/м 5-10 10-15
Показатель состояния
пород, % 20-40 5-20
Интенсивность Коэффициент закарстован- Коэффициент закарстован-
закарстованности ности составляет 3-10% ности составляет 10-15%
Прочность на одно-
осное сжатие, МПа 80-145 Менее 80
Инженерно-геологи- Породы устойчивые, но Породы неустойчивые ин-
ческая характеристика в отдельных участках бу- тенсивно раздроблены.
дут возникать локальные возможны образования
обрушения и вывалы. осыпей, вывалов обруше-
ний по хонтактам карс-
тового заполнителя и
известняков
Таблица 3
Рекомендуемые ориентировочные углы наклона бортов в породах карбонатной толщи
Характеристика Углы наклона бортов, Углы наклона уступов, град.
ГОРНЫХ ПОРОД грал рабочих нерабочих
Известняки; мрамори-
зованные известняки;
брекчированные
известняки;
борт лежачего бока
при падении слоев
5-25 град 30-32 65-75 50-55
Интенсивно закарсто-
ванные в интервалах
глубин 40-80 м Ш-а
класс устойчивости 30-3"» 65-70 50-55
слабозакарстованные,
слаботрехци новатые
II-класс устойчивости 35-40 70-75 65
Интенсивно трещинова-
тые, участками разд-
робленные до обломоч-
но-глинистого состоя-
ния Ш-а класс устойчивости 30-35 50 45
Выводы
1. Одним из основных инженерно-геологических услоьий, определяющих условия отработки Воронцовского месторождения, является развитие в его пределах полосы карбонатных порол и связанных с ними процессов карстообразования.
2. Развитие карста на рассматриваемом объекте определяется наличием зон повышенна» трещиноватости, раздробленности пород, контактами пород различного петрографического сосгиа.
3. Количественная оценка степени закарстованности позволила провести районирование масож карбонатных пород и выделить три блока, различающиеся постепени и характеру закарстованносттЛ
4. Анализ инженерно-геологических особенностей карбонатной толщи позволил постро-га| инженерно-геологическую модель месторождения и рассчитать углы наклона бортов и уступе проектируемого карьера.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Аносова A.A., Зиантиров P.C. Инженерно-геологические особенности элювия карбонату ш\ пород. - М.: Наука. - 1986. - 110с.
2. Амкошин А.Г., Мальков A.A. Карст и строительство гидротехнических сооружении - V. Гидропроект, 1992. - 320с.
3. Методические указания го определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.: ВНИМИ, 1972. - 163с.
4. Плотников И.И. Инженерно-геологические и гидрогеологические проблемы освоения бокситовых месторождений Урала: Автореф.дис. ... д-ра геол.-мин.наук. - А., 1987. - 35с.
5. Шабурников A.B. Разработка методики определения углов наклона бортов и уступов карьер.-! в условиях закарстованных месторождений (на примере Ачинской группы): Дис. ... канд.техн.наук-Фонды УГГГА, 1968.
УДК 624.438:622.271
В.Г.Зотеев, Т.К.Костерова, С.Н.Тагильцев
ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ И ЗАХОРОНЕНИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ
За более чем 250-летнюю историю развития горно-металлургической базы территория Свердловской области заплатила дорогую цену: около 1500 кв.км ее территории заняты отвалами пород и некондиционных руд, хвосто- и шламохрантищами, шлако- и золоотвалами и свалками промышленных отходов с весьма пестрым химическим составом. Поскольку основная часть этих образований представлена отходами горно-металлургического производства, объем которых превышает 30* 1СРт, то с экологических позиций именно они представляют наибольшую угрозу для флоры и фауны. Более того, именно наличием этих техногенных образований Урал и, прежде всего, Свердловская область обязана аномально высоким фоновым загрязнениям подземных и поверхностных вод солями тяжелых металлов (медь, цинк, железо, марганец и т.п.) [2].
Обстоятельства, из-за которых техногенные образования горно-металлургической промышленности послужили основной причиной не только локального, но и регионального загрязнения подземных и поверхностных вод, сводятся к следующему:
1.Фоновая минерализация грунтовых и поверхностных вод определяется минеральным составом пород, слагающих гидравлически активную часть литосферы. В пределах этой зоны идет активная циркуляция воды, связанная с выпадением атмосферных осадков, их инфильтрацией в почву и подстилающую породу с последующей разгрузкой в поверхностные источники. Поскольку в естественных условиях за сотни тысяч лет минералы с высоким произведением растворимости в пределах зоны активного водообмена оказались практически полностью растворены, то общая минерализация воды (за исключением районов с обнажениями сульфатов и хлоридов) относительно мала и тяжелые металлы в ней практически отсутствуют.
2.При разработке месторождений полезных ископаемых вместе с кондиционной рудой извлекаются большие объемы вмещающих пород и некондиционных руд, складируемых в отвалы. Кондиционные руды после их измельчения проходтг цикл обогащения, при котором из них извлекается большая часть рудных минералов, а оставшаяся часть вместе с хвостами и шламами складируется на земной поверхности.
