CC BY
122
УДК 622.831; 622.235
В.А. Еременко, А.А. Еременко, В. Н. Колтышев ИГД СО РАН, Новосибирск В.А. Штирц
Таштагольский филиал ОАО «Евразруда», Таштагол
ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ УДАРООПАСНОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
С применением новейших достижений науки и техники выявлено наличие различных видов и форм движения земной коры. По времени эти движения делятся на вековые (медленные), сейсмические (быстрые) и короткопериодические колебания. Скорости их в различных местах поверхности земной коры неодинаковы. На платформах они составляют несколько миллиметров в год,и редко, когда выражаются в сантиметрах, в орогенических областях в см/год и даже дм/год [1].
Горная Шория и Хакасия в Сибири являются непосредственным продолжением Кузнецкого Алатау. Этот хребет представляет собой один из наиболее крупных отрогов Алтае-Саянской складчатой системы, окаймляющей юго-западную окраину Сибирской платформы. Простирание основной складчатости колеблется от северо-западного в Кузнецком Алатау до Северо-Восточногов Горной Шории и Хакасии. Складчатая структура региона усложнена многочисленными разрывными нарушениями. Простирание большинства крупных нарушений совпадает с общим простиранием основной складчатости.
Вековые поднятия земной коры происходят под действием сил тектонической природы. Известно также, что этими длиннопериодическими движениями подготавливаются ультра короткопериодические движения -землетрясения, которые характеризуют активность района.
Район Горной Шории лежит в зоне длительно развивающегося глубинного разлома, который является звеном крупнейшего разлома Алтае -Саянской горной области. Эти глубинные разломы являются структурными швами, вдоль которых происходят относительные движения, обособившиеся в процессе исторического развития геосинклинальной области тектонических блоков. Крупнейшими неотектоническими элементами региона являются Алтайское и Восточно-Саяно-Хангайское поднятие.
Анализ сейсмической истории района Горной Шории за период с середины ХУШвека по настоящее время показал, что он находится в сейсмоактивной зоне. Последние из зарегистрированных землетрясений здесь располагались в районе реки Кочура (Таштагольский район) и посёлке Бельтир (Кош-Агачский район, республика Горный Алтай) силой 6-10 баллов по шкале Рихтера,где выделены сквозные зоны глубинных разломов СевероЗападного направления.
Железорудные месторождения главным образом контактово-метасоматического происхождения, с крутым (от 60 до 90°) залеганием линзообразных рудных тел. Горизонтальная мощность их колеблется от нескольких метров до 120 м. По падению они прослеживаются на глубину до
1 500 м и более. Свыше 70 % разведанных запасов железных руд сосредоточено в слепых рудных телах, которые не выходят на земную поверхность или под наносы. Руды и вмещающие породы слаботрещиноваты, в основном устойчивые с коэффициентом крепости 14-16 по шкале профессора Протодьяконова. Вмещающий массив представлен сиенитами, скарнами, диоритами, сланцами, гранодиоритами, порфиритами и известняками. Наиболее характерным является Таштагольское месторождение.Глубина очистных работ на Таштагольском месторождении 820 м.
Месторождение отнесено к опасным по горным ударам. С увеличением глубины разработки на месторождении наблюдаются микроудары, горные удары, горно-тектонические удары.Анализ горно-геологических и горнотехнических условий Таштагольского месторождения позволяет сделать следующие выводы: породы, входящие в месторождение, обладают высокой прочностью и характеризуются интенсивным трещинообразованием; вмещающие породы (сиениты, скарны, диориты, порфириты и граниты) обладают высокими упругими свойствами и способностью к хрупкому разрушению.Сочетание этих свойств является одним из условий возникновения горных ударов. Массив характеризуется интенсивным обрушением пород, шелушением, стрелянием и заколообразованием в горных выработках, что является признаками удароопасности в массиве горных пород.
Следует отметить, что земная кора в районе рудных месторождений не является сплошной средой и представляет собой блочную систему с различными размерами структурных блоков. Следовательно, массив горных пород в нетронутом горными работами состоянии имеет сложное строение и неравномерное напряженное состояние.
При районировании Таштагольского месторождения установлено, что разрабатываемые рудные залежи примыкают на севере к Северо-Таштагольскому разлому [2]. Данный участок разлома представляет собой ослабленную зону, которая создает область повышенных напряжений в массиве, что, возможно, является одной из причин повышенной удароопасности месторождения.Проведенные наблюдения и анализ разномасштабных геологических и геофизических съемок, детальной и эксплуатационной разведки, дешифрования аэрокосмоснимков позволили в Кондомском районе выделить 8 порядков разрывных нарушений, определяющих ее сложное блоковое строение: 1 -ограничивающих
Кондомскую грабен-синклиналь; 2 - разделяющих железорудные
месторождения; 3 - обособляющих группу рудных участков; 4 - выделяющих рудные участки; 5 - ограничивающих рудные тела; 6- осложняющих морфологию рудных тел; 7 -усложняющих внутреннее строение рудных тел; 8 - обозначающих элементарные блоки в руде и породе. Кондомская грабен-синклиналь ограничена глубинными разломами: с севера северо-запада Кондомским, а с юго-востока Таензинским.
В зонах разломов породы интенсивно раздроблены, рассланцованы и пронизаны большим количеством линейных тел субвулканических порфиров и порфиритов. В современном рельефе наиболее хорошо прослежен Таензинский разлом.По гравиметрическим замерам амплитуда вертикального смещения его 3,6 км. Он круто (70-80°) падает на север северо-запад. Кондомский разлом подобен Таензинскому, но падает положе (под углом 5055°) на юг юго-восток.
Таштагольское месторождение заключено между двумя фрагментами Северо-Таштагольского разлома (рис. 1).Он обозначен как многоблоковый разлом второго порядка, контролирующий месторождение. Рудное тело месторождения выступает в виде своеобразной перемычки, которую стремится сломать разлом в процессе своего развития. В зоне разломов произошло становление даек микродиоритов и плагиоклазовых порфиритов. Многочисленные материалы по геоморфологии, геологии и геофизике свидетельствуют о том, что это дизъюнктивы древнего заложения и активизированные даже в четвертичное время. Линейные размеры блоков с юга на север в плане 7x8, 4,5 х 11, 9,4 х 10 м и более. Обособляющие группу рудных участков разрывные нарушения северо-восточного и северозападного, реже субширотного простирания. При пересечении они создают блоки от 1,5 х 1,6 до 2,0 х 3,0 км.
Рис. 1. Схема структурных блоков Таштагольского месторождения(по И.М.
Батугиной, Я.М. Грицюку):
1 - глубинные разломы второго порядка, мегаблоковые по геофизике; 2 - глубинные разломы третьего порядка, внутриблоковые по геофизике; 3 - разломы, выделенные по рельефу; 4 - геологические нарушения; 5 - тектоизогипсы; 480-700 - высотные отметки
Усложняющие внутреннее строение рудных тел разрывные нарушения представлены разноориентированными трещинами. Они прямолинейные и в большинстве случаев открытые, или раздробленный материал сцементирован кварцем и кальцитом с вкрапленностью граната, анкерита, пирита, магнетита и гематита. Разрывные нарушения создают блоки шириной 5-20, длиной 6-25
-5
и высотой 7-30 м. Объем среднего блока 1,5 х 10м . они перемещены по горизонтали на 2-3 м и по вертикали на 1-2 м.
Элементарный блок обозначает полые разрывные нарушения субширотного, субмеридионального, северо-западного и северо-восточного простирания. Замеры трещин и расчеты по десятиградусным интервалам позволили установить 6 порядков блоков, из которых наибольшее распространение имеют блоки шириной 0,3-0,6 , длиной 0,3-0,8 и высотой 0,2-0,6 м.
Таким образом, идея метода геодинамического районирования основана на теории тектоники литосферных плит. Земная кора разделена на подвижные литосферные плиты. Плиты смещаются относительно друг друга, образуя зоны растяжений, надвиги, поддвиги и сдвиги. В результате взаимодействия и напряжений, возникающих на границах плит, они дробятся на крупные мегаблоки. Последние на их контактах делятся на блоки меньших размеров.
Выше перечисленные 8 порядков разрывных нарушений разделяют и осложняют соответствующие им геоблоки. Для Кондомского железорудного района существует следующая структурная схема: Евроазиатская плита, Кондомская грабен-синклиналь, элементарные блоки внутри месторождений и шахтных полей.
Северо-Таштагольский разлом 2 порядка хорошо фиксируется локализацией динамических явлений. Разрывные нарушения, ограничивающие рудные тела на месторождении, отнесены к 5 порядку. Для более точного прогноза геодинамической системы блоков или их частей необходимо детальное геологическое изучение разрывных нарушений 5-8 порядка, поскольку такие факторы как изменение элементов залегания разлома, зон дробления и вещественного состава пород внутри разлома и на контакте с ним приводит к перераспределению напряжения внутри массива горных пород.
Проведены исследования формирования зон концентрации динамических явлений при отработке Таштагольского месторождения за период с 1998 по 2006 гг. [3].
С целью установления зон концентрации динамических явлений и их распределения в шахтном поле производилось построение карт следующим образом. На планы горных работ (масштаб 1 : 2 000) по известным координатам наносились динамические явления энергетическим классом (К), равным 1, 3, 4...7 (карты эпицентров). Затем всю площадь контролируемой области разбивали на квадраты размерами 50 х 50 м, подсчитывали количество динамических явлений, приходящихся на этот квадрат за выбранный промежуток времени, полученное значение относили к центру квадрата. Затем смещают квадрат на 25 м по направлению оси і и
подсчитывали количество толчков. Аналогичные подсчеты выполняли по направлению вертикальной оси сетки у; по полученным через 25 м значениям сейсмической активности и последующей интерполяции строили линии равных значений количества толчков. Рассмотрим распределение толчков на горизонтах в шахте (в плане):
- Толчки с энергией 102 Дж в основном зарегистрированы между
ортами №4-^9, 11 17 и 28 30 (рис. 2а);
-5
- С энергией 10 Дж - между ортами № 2 10 (в лежачем боку
месторождения), 22, 28 30 (рис. 26);
- С энергией 104 Дж - между грузовым и порожняковым квершлагами в лежачем боку, ортами № 6-8, 25-28;
- С энергией 105 Дж - между ортами № 7-8, 13-17, 24-25 и в висячем
Л
боку месторождения (10 Дж);
- С энергией 106 Дж - между ортами № 4-8, 25-26;
7 8
- С энергией 10 и 10 Дж толчки произошли в районе тектонических нарушений.
а) б)
Рис. 2. Расположение зон (1-У1)концентрации толчков:
2 3
а) 10 Дж на горизонте - 280 м; б) 10 Дж на горизонте - 210 м
Рассмотрим распределение толчков между горизонтами в шахте (по вертикали):
л
- Толчки с энергией 10 Дж зарегистрированы на глубине 680-930 м на северном и южном флангах месторождения и в центральной части (рис. 3);
- С энергией 10 Дж - на глубине 680-820 м на северном и южном флангах;— с энергией 104 Дж - 750-850 м в шахтном поле;
- 105 Дж - 680-750 м в центральной части и на южном фланге;
- 106 Дж - 540-650 и 680-780 м на северном и южном флангах месторождения.
Определены площади зон концентрации динамических явлений различной энергии от 102 до 106 Дж, которые составляют 5 000 м2и более, при этом расстояние от центра шахтного поля (орт 17) в этаже (-280)^(-210) м до этих зон колеблются от 100 до 800 м.
ствол Новый Капитальный ствол Капитальный
Рис. 3. Вертикальный разрез шахтного поля Таштагольского рудника:
1 - скарны; 2 - сиенит; 3 - габбропорфирит; 4 - сланцы; 390-420 - горизонты в шахте;
150-960 м - глубина горных работ
На основании проведенных исследований установлено, что зоны концентрации динамических явлений в основном располагаются на северном и южном флангах месторождения в этажах (±0)- (-420) м и (-350)^(-210) м на глубине 540 ^ 960 м. Максимальная энергия толчков (105-106 Дж и более) зарегистрирована в районе ортов № 5-9, 11-17 и 25-28.
Установлена пространственная связь между этими зонами и геологическими нарушениями, которые включали пологие зоны в этажах (-280)^(-140) м; диагональный разлом между ортами № 12-17; зону в районе СЗПШ (орты № 5-10); Восточное нарушение в висячем боку (орты № 25-29); тектонические трещины в лежачем боку месторождения; контакты руд и пород.
Таким образом, Таштагольское железорудное месторождение разрабатывается в сейсмоактивной Алтае-Саянской складчатой области. Большое влияние на геомеханическую обстановку в шахтном поле оказывает наличие геологических нарушений и разномодульных пород. Выявлена пространственная взаимосвязь между зонами концентрации динамических явлений и выделенными разрывными нарушениями, которые оказывают влияние на удароопасность массива горных пород.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Никонов А.А. Голоценовые и современные движения / А.А. Никонов. - М.: Недра, 1977. - 240 с.
2. Батугина И. М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников / И.М. Батугина, И.М. Петухов. - М.: Недра, 1988.- 165 с.
3. Оценка скоростей распространения деформационных волн, инициированных отбойкой рудных блоков на Таштагольском месторождении / В.М. Серяков и др. // Горный инф.-аналитич. бюл. Темат. прил. «Физика горных пород». - М.: МГГУ, 2006. - С. 317-324.
© В.А. Еременко, А.А. Еременко, В. Н. Колтышев, В.А. Штирц, 2007
