CC BY
89
----------------------------------- © К.Ч. Кожогулов, 2007
УДК 622.831 К. Ч. Кожогулов
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
Горнодобывающая промышленность является одной из приоритетных отраслей экономики Кыргызстана т.к. создает более 48 % стоимости всей промышленной продукции, производимой в стране. В настоящее время разведаны и эксплуатируются ряд крупных месторождений золота (Кумтор, Макмал, Джеруй, Талды-Булак, Левобережный, Андаш и др.), олова (Трудовое, Уч-кошкон), вольфрама (Кенсу), ртути (Хайдаркан) и др. [1].
При этом большая доля развития минерально-сырьевого сектора экономики страны связана главным образом с освоением нагорных месторождений.
Наиболее эффективным и ресурсосберегающим способом, обеспечивающим повышение полноты извлечения полезных ископаемых из недр, является разработка нагорных месторождений комбинированным (открыто-подземным) способом, при котором верхняя часть месторождений отрабатывается карьером, а нижняя - подземным рудником.
Рост объемов горных работ на рудных месторождениях Кыргызстана повсеместно сопровождается возрастанием таких негативных явлений как обрушение бортов карьеров, обвалов кровли выработанного пространства подземных рудников и горные удары
[2, 3].
Все это в настоящее время на первый план выдвигает необходимость решения геомеханических проблем для безопасного освоения рудных месторождений. [4, 5]
Так, в июле 2002 года на руднике Кумтор, объекты которого расположены на высотных отметках от 3650 до 4200 м, произошло обрушение борта карьера, при котором погиб один человек и была выведена из строя дорогостоящая горная техника.
Рис. 1. Обрушение борта карьера Кумтор
Обрушение повлекло за собой резкое снижение производительных показателей рудника на большой период времени. Данному обрушению способствовало стечение ряда геологических и гео-механических факторов.
В геологическом отношении месторождение сложено расслан-цованными и смятыми в складки филлитами. При этом по геологоструктурным характеристикам породные массы Кумторского месторождения разделены на 4 зоны, контакты между которыми ориентированы параллельно Кумторскому разлому шириной - 400 м и длиной - 50 км, плоскости сдвига часто содержат углистосланцевый графитовый материал. Причем, нарушения, прости-
рающиеся ортогонально зоне Кумторского разлома, присутствуют во всех зонах. Разломы, сдвига и сланцеватость пород являются структурами, определяющими устойчивость бортов карьеров, а в летний период оказывает существенное влияние повышение температуры, на снижение цементирующей роли льда.
Процесс обрушения борта карьера Кумтор начался с выброса камней на участке протяжностью - 100 м, расположенном на высоте 70-80 м от основания обрушения. После этого началось «содрогание» поверхности борта, после чего и произошло само обрушение скального массива. Весь процесс длился около
10 с. Причем объем обрушившейся массы составил - 2,7 млн м3 при высоте массива обрушения 280 м и ширине основания 250 м. Средняя мощность пласта обрушения составляет около 40 м. Следует отметить, что обрушение верхней части произошло по крутопадающему разлому. До настоящего времени окончательно не выяснены истинные причины произошедшего события, и даже существует мнение о горно-тектоническом ударе.
Открытая разработка месторождения Макмал также сопровождалась самообрушениями предохранительных берм по Северному и Западному бортам, их участков и отдельных блоков. Первые са-мообрушения предохранительных берм в Северном борту карьера на горизонте + 2635 м и в Западном борту на горизонте + 2682,2 м начались с 1995 года. В геологическом отношении месторождение расположено в юго-западной экзоконтактовой части Чаар-ташского гранитного интрузива среди карбонатных пород. Все выявленные на месторождении золоторудные тела локализуются в пределах зон скарнированных и метасоматически измененных пород. На месторождении выделяются три такие зоны, отвечающие Приконтактовому, Главному и Южному рудным телам. Границы их устанавливаются по данным опробования. Характерный геологический разрез Северного борта карьера Макмал представлен известняками, гранитами, гранит-пор-фирами и брекчиями, имеющих различные физико-механи-ческие свойства.
В настоящее время отработка месторождения Макмал уже ведется подземным способом. При этом одной из геомеханических проблем при освоениях данного месторождения становится оценка удароопасности пород и участков диассива горных пород. На основе вычисленных геомеханических исследо-ваний Институт физики
и механики горных пород НАН КР на данном месторождении, такие породы как окварцованные волластонитовые скарны, скарни-рованные известняки, окварцованные плагиопарфиры, гранит-порфиры и граниты склонны к накоплению потенциальной энергии, хрупкому разрушению и являются удароопасными.
В дальнейшем на месторождении Макмал необходимо провести комплекс натурных исследований включающих оценку тектонической нарушенности участков месторождения и напряженного состояния породного массива.
Золоторудное месторождение Джеруй открытое еще в 1968 году геологами Кыргызской Республики, является одним из крупных и детально разведанных месторождений страны. Оно расположено в зоне Северного Тянь-Шаня и имеет ряд характерных особенностей: сложное геологическое строение, значительная глубина разработки, разнообразие условий залегания и физико-механических свойств пород, резко выраженный рельеф поверхности, проявлено современных тектонических процессов, которые существенно влияют на удароопасность месторождения.
В геологическом строении Джеруйского месторождения принимают участие различные породы, большинство из которых отличаются высокой прочностью и хрупкостью руды и породы, слагающие месторождение, крепкие, по плотности горные породы относятся к плотным, по деформационным характеристикам породы с достаточно высокой упругостью. Испытания образцов, выполненных в лабораторных условиях в Институте физики и механики горных пород НАН КР показали, что руды и породы месторождения прочные и упругие, способны накапливать потенциальную энергию сжатия и при наличии поля напряжений, достаточного для хрупкого разрушения, способна к динамическим явлениям (таблица).
Также геомеханическими исследованиями установлено, что особенностью напряженного состояния породного массива Дже-руйского месторождения является повышенное боковое давление за счет тектонических сил, действующих в регионе. Направление максимальных напряжений субмеридионально и Прочностные свойства пород Джеруйского месторождения
№ Наименование пород Прочность при Прочность при
п/п одноосном сжа- одноосном рас-
тии, МПа тяжении МПа
1. Темно-серый диорит 163,4-184,4 6,5 - 9,8
2. Карбонатизированный диорит 153,5 - 196,4 6,9 - 9,8
3. Диорит 158,3 - 185,6 6,5 - 9,1
4. Фельзит 169,9 - 195,2 7,2 - 9,7
5. Массивный кварц 185,1 - 201,2 7,9 - 10,0
действует в крест простирания основных разрывных и складчатых структур.
Количественно значения главных напряжений при решении геомеханических задач можно в настоящее время определить из следующих зависимостей:
с2 = 0,027Н, МПа
сх = 0,04Н, МПа
су = 0,0187Н, МПа
где с2 - вертикальное напряжение, МПа; сх - субмеридиональное горизонтальное напряжение, МПа; су - субширотное горизонтальное напряжение, МПа; Н - глубина, м.
На основе обобщения и обработки фактических материалов и расчетов установлено, что в настоящее время основными видами проявлений горного давления являются обрушения по тектоническим нарушениям, слоистости и трещинам. Для полной и однозначной оценки удароопасности Джеруйского месторождения необходимо выполнить дополнительные исследования, которые дали бы возможность установить склонность руд и пород к хрупкому разрушению в динамической форме и глубину возможных проявлений горного давления в виде горных ударов.
Аналогичные геомеханические проблемы предстоят решать при отработке месторождений Талды-Булак, Левобережный и Трудовое. Оценку устойчивости бортов карьеров необходимо так же провести при отработке месторождений Андаш, Кенсу.
Таким образом, при обработке ряда рудных месторождений Кыргызстана ученым и специалистам горнякам необходимо решить ряд геомеханические проблем для безопасного освоения этих месторождений. Это, прежде всего, касается расчетов и выбора безопасных углов борта карьеров при открытой разработке место-
рождений и оценки удароопасности пород и участков при подземной разработке рудных месторождений.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1.Стратегия развития страны на 2007 - 2010 годы. - Бишкек, 2007.
2.Айтматов И.Т., Кожогулов К.Ч., Никольская О.В. Геомеханические проблемы разработки нагорных месторождений открытым способом в горноскладчатых областях //Научно-техническое обеспечение горного производства. Т. 68. Ч. 1. - Алматы,2004.
3. Айтматов И.Т., Кожогулов К.Ч. Современное состояние проблемы горных ударов в горнорудной промышленности Кыргызстана // Горный журнал. -2002. - № 10.
4. Петухов И.М., Ильин А.М., Трубецкой К.Н. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках. - М.: АГН, 1997. - 376 с.
5. Ялымов Н.Г. Теоретические основы управления давление пород при разработке месторождений в горных районах. - Бишкек: Илим, 1992. - 184 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------
Кожогулов К. Ч. - член - корреспондент НАН КР, доктор технических наук, профессор, директор Института физики и механики горных пород
НАН КР.
