CC BY
53
УДК 622.831
Л.М. Цинкер, С.М. Смирнов, А.И. Веселов ВостНИГРИ, Новокузнецк
ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АЛТАЕ-САЯНСКОЙ СКЛАДЧАТОЙ ОБЛАСТИ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ
Отрабатываемые подземным способомТаштагольское, Шерегешевское, Казское и Абаканское железорудные месторождения Алтае-Саянской складчатой области (АССО) расположены в зоне повышенной сейсмической активности тектонических структур. Структурно-тектоническая обстановка отрабатываемых железорудных месторождений характеризуется приуроченностью их к зонам глубинных разломов и действующих тектонических усилий, определяется геодинамическими процессами неотектонического характера, происходящими в АССО.
По данным геодинамического районирования территории АССО[1], земная кора на этой площади разбита серией глубинных разломов северозападного (320-350°), реже северо-восточного (0-20°), субширотного (50°) направлений. Ориентировка максимальных действующих горизонтальных напряжений, измеренных Восточным научно-исследовательским горнорудным институтом на подземных железорудных предприятиях АССО,совпадает с направлением региональных разломов северо-западного направления [2].
Наибольшие глубины ведения горных работ на железорудных месторождениях Сибири достигнуты в настоящее время на Таштагольском руднике, где горно-капитальные работы ведутся на глубине 900-1 040 м, подготовительные - на глубине 900 м и очистные на глубине 830-850 м. С учетом того, что в районе месторождения в нетронутом массиве пород действует геотектоническое поле напряжений с максимальной горизонтальной тектонической составляющей, в 2,5-3,0 раза превышающей вес столба налегающих пород, условия ведения разработок на руднике по величинам действующих напряжений и наблюдаемым проявлениям горного давления соответствуют глубинам порядка 3 000 м для месторождений с геостатическими полями напряжений. Наличие повсеместно в регионе геотектонического поля напряжений высокого уровня и удароопасных пород создает на глубинах, близких к 600 м, условия для развития горнотектонических ударов, которые в настоящее время интенсивно проявляются на рудниках со всеми отрицательными последствиями, включая угрозу для жизни людей. Горно-тектонические удары и микроудары происходят на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях; стреляния и толчки, относящиеся к динамическим проявлениям меньшего энергетического класса и разрушительной силы, наблюдаются на Абаканском и Казском месторождениях. За период отработки железорудных месторождений зарегистрировано свыше 13000 динамических проявлений горного давления, из них 58 горных ударов и микроударов, в том числе 6 горно-тектонических ударов на Таштагольском руднике, характеризуемых большой площадью
разрушений горных выработок. Установлено, что наиболее катастрофические последствия разрушений горных выработок происходят в зонах разрывных нарушений. Выявлена пространственная взаимосвязь динамических
проявлений горного давления с зонами разрывных нарушений на
Таштагольском месторождении [3], что позволило выполнить
геодинамическое районирование эксплуатационных горизонтов и дать прогнозную оценку удароопасности.
При прогнозной оценке удароопасности определено, что
пространственно наиболее масштабные геодинамические явления
приурочены к зонам влияния очистных работ и крупным тектоническим нарушениям, особенно к пересечениям крупных тектонических нарушений. Это связано с концентрацией напряжений в районе очистных работ вокруг выработанного пространства в краевых частях рудного массива, вокруг компенсационных камер и щелей, в безрудных целиках и боковых породах. На концентрацию напряжений влияют тектонические нарушения и другие структурные ослабления горного массива. Концентрация напряжений
усиливается сейсмическим воздействием массовых взрывов. Неравномерность распределения напряжений приводит к срывам по границам блоков и развитию динамических проявлений горного давления.
Так, например, на Таштагольском месторождении, 19.11.06 г., в ортах 1821 горизонта-350 м (рис. 1) по зоне повышенной трещиноватости северозападного направления зарегистрирована серия динамических явлений в количестве 108 штук с максимальной энергией явлений 3,2 х 104Дж, классифицированных как микроудары. Серия микроударов произошла после проведения массового взрыва на фоне напряженного состояния массива горных пород, что привело к нарушению крепления горных выработок (табл. 1).
На Шерегешевском месторождении зарегистрировано более 150 динамических проявлений горного давления, в том числе два микроудара. Максимальные напряжения горизонтальные. Азимут действия максимальных напряжений вне зоны влияния горных работ имеет ориентировку 335°±15°.В зоне влияния горных работ максимальное напряжение действует вкрест простирания рудной зоны. Высокая концентрация напряжений отмечается в районе тектонических нарушений.
После проведения массовых взрывов происходят геодинамические явления на участках месторождений, примыкающих к зонам разломов. Так, при взрыве блока 14 на участке «Главный» в апреле 2004 г. произошел микроудар во вмещающем массиве горных пород с энергетическим классом события 9,4, произошедшем через 8 часов 43 минуты после массового взрыва. Нарушены горные выработки гор. +325 м (поднятие рельсовых путей до 150 мм, отслаивание породы с бортов) и гор. +255 м (нарушены кровля и борта в орте 14). 28 декабря 2003 г. имел место микроудар на буровом горизонте блока 14 (отметка +306 м) с обрушением сопряжения орта № 1 и отрезного восстающего № 1а, приведший к групповому несчастному случаю.
Рис. 1. Локализация гипоцентров и энергетические классы динамическихявлений, произошедших 19.11.06 г. на гор. -350 м Таштагольского месторождения
Таблица 1. Характеристика и объемы нарушений горных выработок в ортах
18, 19, 20на гор. -350 м Таштагольского месторождения
Местоположение нарушения Характеристика нарушения Объем нарушения, м3
Орт 18 ВДПУ 4, 6 ВДПУ 3, 5, 8 ВДПУ 7, 9, 12, 14, 16 ВДПУ 8 - 16 Нарушена ж/бетонная крепь свода Нарушена ж/бетонная крепь Разрушена ж/бетонная крепь в своде Нарушено металлокрепление бортовин ВДПУ 12, 14, 16 Рельсовые пути подняты на высоту до 0,6 м 14 13 36 28
Орт 19
Южный борт Бетонная крепь частично разрушена и подвинута на север до 0,8 м. 23
Северный борт Полностью разрушен борт бетонной крепи 8
Орт 20 Южный борт Борт подвинут на север до 0,42 м, бетонная крепь частично нарушена. 30
На Шерегешевском месторождении, несмотря на незначительную глубину ведения очистных работ - менее 400 м, количество динамических явлений постоянно увеличивается. На Абаканском месторождении регистрируются многочисленные признаки горных ударов в виде
интенсивного заколообразования, особенно на глубоких горизонтах шахты в этаже (-95)-(-200) м.
Геодинамическое районирование глубоких горизонтов Таштагольского, Шерегешевского и Абаканского железорудных месторождений осуществлено в соответствии с «Методическими указаниями...» [4] и включало разработку и создание геологической модели блочной структуры массива, выделение, классификацию и геометризацию геодинамически опасных разрывных нарушений, прогноз и предупреждение горных ударов. Районирование проведено методами геолого-структурного картирования разрывных нарушений в подземных горных выработках. Выполнен анализ и систематизация данных геологоразведочных и эксплуатационных работ и тематических исследований. Основными критериями выделения
геодинамически опасных разрывных нарушений являются:
морфогенетический тип нарушения, амплитуда смещения горных пород по сместителю.
Определено, что на всех месторождениях складчатые структуры
осложнены разрывными нарушениями различной ориентировки, масштаба и возраста. По морфогенетическому типу выделены сбросы, взбросы, взбрососдвиги, рассекающие и смещающие рудные тела и породы с
амплитудами смещения 50-500 м. Падение сместителей геодинамически опасных нарушений от крутых (80-85°) до пологих (0-40°). Складчатые структуры месторождений осложнены тектоническими нарушениями двух порядков:
I. Крупноамплитудные разрывные нарушения, разделяющие рудные тела с амплитудой смещения 50-500 м.
II. Мелкоамплитудные разрывные нарушения, усложняющие форму и внутреннее строение рудных тел, с амплитудой смещения до 50 м и менее.
Крупноамплитудные разрывные нарушения разделены на крутопадающие (80°-85°) и пологопадающие (0-40°). При пересечении тектонических нарушений друг с другом образуется блочная структура массива с размерами тектонических блоков от 40-120 до 480-550 м. Крупноамплитудныеразрывные нарушения имеют зоны влияния шириной от 25 до 40 м.
При проведении геодинамического районирования составлены погоризонтные планы с выделением на них зон влияния разрывных нарушений, блочной тектонической структуры, мест динамических проявлений горного давления. Установлены наиболее интенсивные деформации массива при горных ударах, располагающиеся в пределах зон влияния и местах пересечения разрывных нарушений I порядка.
На основе геодинамического районирования и закономерностей проявления динамических явлений институтом составляются прогнозные планы горизонтов по удароопасности массива, используемые предприятиями для решения вопросов прогноза и предупреждения горных ударов. Для повышения эффективности подземных горных работ институтом
«ВостНИГРИ» выполнены работы, направленные на совершенствование системы разработки, как основного элемента технологии горных разработок, способов и средств отбойки запасов, технологии и средств оценки качества руд и повышения его в процессе переработки сырья, разработку более совершенных видов горного оборудования, внедрение средств механизации труда горняков и средств управления производственными процессами.
Приведенные данные об особенностях геодинамических процессов в районах локализации отрабатываемых железорудных месторождений АССО свидетельствует о необходимости продолжения системных исследований в направлениях:
- Дальнейшего наблюдения и проведения геодинамического районирования недр с выделением удароопасных зон;
- Разработки и создания геолого-математических и геодинамических моделей отрабатываемых массивов;
- Выявления закономерностей размещения динамических проявлений горного давления в отрабатываемом массиве;
- Совершенствования методики прогноза горных ударов на больших глубинах разработки;
- Внедрения полученных результатов исследований и опыта работы по борьбе с горными ударами на рудниках региона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Грицюк Я.М. Новейшая тектоника и геодинамика западной части Алтае-Саянской горно-складчатой области [Текст] / Я.М. Грицюк // Методы дистанционного исследования для решения природоведческих задач: материалы 4 сессии НаучноКоординационного совещания по аэрокосм. исследованиям природ. ресурсов. -Новосибирск, 1986. - С. 55-59.
2. Геодинамические процессы в районе промышленных объектов Юга Западной Сибири [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, А.И. Веселов, М.Ф. Петухов, В.В. Билибин, В.Н. Никитин // Тр. науч. конф. с участием иностр.учен. 10 - 13 окт.2005 г. «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2006. - С. 110-119.
3. Веселов А.И. Динамические проявления горного давления в геологическом массиве блочной структуры [Текст] / А.И. Веселов, П.Т. Гайдин, М.Ф. Петухов // Развитие технологии добычи руд на больших глубинах: сб. науч. тр. ИГД СО АН СССР; отв. ред. акад. Е.И. Шемякин. - Новосибирск, 1988. - С. 45-49.
4. Методические указания по геодинамическому районированию недр [Текст]. -Л.: ВНИМИ, 1990. - 128 с.
© Л.М. Цинкер, С.М. Смирнов, А.И. Веселов, 2007
