CC BY
30
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
_ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ_
2000 СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА Вып. 10
V. ГИДРОГЕОЛОГИЯ, ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 624.131.43;622
И.В.Абатурова, Э.И.Афанасиади
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОРОД ВОРОНЦОВСКОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Основная тенденция современного горного производства заключается в отработке полезных ископаемых, залегающих в пределах глубоких горизонтов земной коры и соответственно в сооружении карьеров и подземных горных выработок.
Необходимость выбора оптимальных технических и технологических решений, учитывающих инженерно-геологические условия месторождении, требует детального исследования их компонентов и, в частности, инженерно-геологических особенностей пород Недоучет этих особенностей может привести к увеличению значения коэффициента запаса при расчете устойчивости сооружений, при которых каждый градус угла заложения откоса выливается в дополнительные миллионы куб метров вскрыши и, соответственно, увеличивает затраты на разработку месторождения
В геологическом строении Воронцовского месторождения принимают участие туфы, туфопесчаники, туфоалевролиты, андезиты, которые подстилаются мраморизоваиными и брекчнрованнымн известняками. Для месторождения характерно блоковое строение, тектонические нарушения носят сдвиго-, сдвиго-надвиговый характер.
Процесс рудообразования месторождения был сопряжен с процессами метаморфизма и метасоматоза Метасоматичсскнс процессы включают лиственнтизацию, березитизанию. железисто-магниевую базификашно. грейзеннзацию, аргиллизацию горных пород. В пределах изучаемого месторождения широко развиты мезозойские коры выветривания и глубинный карст
Таким образом, одними из основных компонент инженерно-геологических условии, определяющих технологию отработки месторождения, являются петрографический состав пород и их физико-механические свойства; тектоническая обстановка и связанные с ней трещиноватость и блочность пород; наличие коры выветривания, развитие глубинного карста 11].
В пределах месторождения по инженерно-геологической классификации выделены 2 класса пород: 1) скальных горных пород; 2) рыхлых и мягких связных гор»шх пород Класс скальных пород представлен следующими группами: осадочными, вулканогенно-осадочными, вулканогенно-кластическими, эффузивными, субвулканичсскими и интрузивными. Наибольшим распространением в пределах месторождения пользуются осадочные горные породы: известняки, брекчии известняка и брекчированные известняки
Породы, слагающие разрез месторождения, подвергались различным по времени действия и характеру проявления мстасоматичсскнм процессам, выразившимся в оквариеванни, амфиболитизапии. биотитнзацни. глинизации пород, что и вызвало дифференциацию показателей физико-механических свойств
Анализ изменений частных значений показателей плотности, временного сопротивления одноосному сжатию и разрыву по глубине обнаружил скачкообразную незакономерную изменчивость показателей свойств, что позволило охарактеризовать основные типы пород расчетными значениями характеристик (табл.1).
Значительным распространением в пределах месторождения и особым положением в классе скальных пород пользуется группа тектонически раздробленных пород. В результате тектонических процессов дроблению были подвергнуты все минеральные типы пород, слагающие месторождение. Мощность тектонически раздробленных пород изменяется в широких пределах: увеличивается до 150 м в зонах тектонических нарушений и изменяется до 0,3 - 1.0 м по мере удаления от них.
Тектоннты - это дресвяно-щебнистые, дрссвяно-щебнисто-глиннстые, глинисто-дресвяно-щебнистыс породы. Размер обломков составляет от 1,2 до 6 см По данным гранулометрического состава количество обломочного и глинистого материала составляет соответственно 16-75 н 16-74 %. что определяется степенью тектонической проработки и минеральным составом материнских пород
Таблица I
Показатели фишки-мсханичсских свойств рыхлых и связных порол
Петрографнчесхий н лмгологи.чсскнА ген пород «1>и-.нко-мех»1П1ческпе саойстм
«яеегсенпы» длажпостк \V. л. ад. ПЛОТНОСТЬ р, г/см3 плотность частиц rpVimi г/с м3 ШЮТ110СП. сухого грунт» р<ь пем^ порист осп. п. % »ерхний предел Л-СД ннжнмН предел W(1 лсд.
1 2 3 4 5 6 7 8
Покровные «гооже-ния 0.11-0,38 0.26(24) 1.84-2Д5 2.02(24) 2.67-3,08 2,78(24) 1,32-2.03 1.62(24) 27,0-56,0 42(241 0,25-0,71 0.4(24) 0.14-0,33 0,20(24)
Карстовые образования (Северная зад ежь) 0,22-0,38 0,26(24) 1.27-2,54 1,98(21) 2,64-3.38 2,90(25) 0.89-2.35 1,56(21) 21.5-75,3 46,1(21) 0,23-0.71 0.46(24) 0.17-0.85 0,26(24)
Клрстоныс обрнчо-вшшя (Южная залежь) 0,08-0,5 0,29(89) 1,65-2.54 2,01(70) 2.69-3,58 2.88(70) 1.15-2,35 1.59(70) 30,0-59,0 45(70) 0,23-0,68 0.47(89) 0,14-0,84 0,27(89)
Кора выветривания бесструктурнад 0.10-0.40 0,27(16) 1,60-2,25 1.94(16) 2,70-2.90 2,80(16) 1.0-2.15 1.53(16) 20,0-50,0 44(16) 0,30-0,60 0.45(16) 0,15-0,39 0,26(16)
Структурные коры выветривания (по туфам и туфопес-чашосом) 0,03-0,37 0.39(48) 1,76-2,49 2.26(44) 2,67-3.25 2,78(44) 1.29-2,24 1.63(48) 17,7-53,8 42(44) 0,23-0,6 0,41(48) 0,16-0,36 0.26(48)
Кора выветривания рудная 0,03-0,50 0.17(22) 2,02-2,8 2.23(18) 2,70-3.15 2.87(18) 1,1 >2.3 1,89(22) 20,0-45,0 34(18) 0,24-0.55 0.34(21) 0.14-0.28 0,20(21)
Тектонически раздробленные породы 0.04-0.22 0,11(11) 1.50-2.85 1.94(6) 2,7-3,48 2.86(6) 1.67-2.06 1.87(6) 21,0-44,0 32,1(6) 0.15-0,46 0.21(11) 0.11-0J4 0.13(11)
Окончание табл.1
Петрографический и яггояо-гнчсскнй ТИП пород Фюико-ыосшнчсскме свойства
ЧИСЛО шштнч-ности ^ Лед набухание д.ед угол внутреннего трелим ЪГрвл удельное сцепление С, МПа фракция глины. % фракция ныли. % фракция песка, % фракция крушюоб-ломоч»..
X * 10 II 12 13 14 15 16
Покровные сложения 0.11-0,41 0,.20(24) 0.006-0,18 0,06(14) 6-13 9(10) 0,017-0,12 0.09(10) 6.4-56.4 28,0(24) 19,3-53.5 39(24) 23.0-50.7 35(24) 0,6-32,1 11(24)
' Карсговые обра-хвдпня (Северина залежь) 0,04-0,41 0,20(24) 0.017-0.06 0.08(4) 20 15(1) 0.084 0.186(2) 9,2-52.6 27,8(22) 15,5-48,8 35.4(22) 0.5-38,1 23.6(22) 0,1-39,6 15.1(22)
Карстовые обрг-эошиоиг (Южная зале».) 0,09-0,35 0.21(89) 0,017-0.14 0.07(30) 8-27 15(27) 0,067-0 ,225 0,13(27) 8,2-65,8 37,3(89) 14,3-61,9 32.6(89) 4.4-25.7 15,2(89) 0.4-66,9 16,1(89)
Кора выветри-5аю!з бесструктурная 0,09-0,35 0.19(16) 0.04-0,18 0.10(10) 9(3) 10(3) 10.0-60,0 39,0(16) 15,0-50,0 24,4(16) 7,0-29,0 24,4(16) 10.0-60.0 17.6(16)
: Структурные ко-| ри пиветрива-»скя (по туфам. гуфопесчаки-' им) 0.06-0,32 0.16(48) 0.008-0,18 0,09(13) 11-27 18(8) 0,05-0,1 0,13(8) 8,5-56,1 18(48) 21,5-45.2 31(48) 1.6-25,0 30,0(48) 0.1-50.0 15.0(48)
Кора вмветрива-кия 0,08-0,30 0.17(21) - » 12,0-55,0 25,2(21) 22,8(21)2 22.8-21 5,0-35.0 33,1(21) 5,0-52.0 9,7(21)
. ехтоничсски раздробленные • оородм 0,02-0,24 0.08(11) 7.5-40.8 17.0(11) 7.5-30.8 14.0(11) 8.6-36.7 29,0(11) 3.2-63,2 40.4(11)
Примечание. 0.022*0,38 - »верху значения показателей
0,23(24) - (низу Средние значения воязитслсй. в скобках - количество определенна
Изучение водно-физических свойств тектонитов показывает, что они обладают довольно высокими значениями плотности 2,02-2,2 г/см3 при среднем значении 2,17 г/см , повышенными значениями пористости (25-44 %) и невысокими значениями влажности (0,07-0,2 д.ед.)
Таблица 2
Классификация пород но степени трещин о ватостп
Категория по степени треаш • компогш Мт Мк 1 вк и
Слаботрсши- Н0Ы1ТЫ0 Менее б Менее 7 40 и более Более 0.15 80-100 <20
Средиегрс-щнноватые 6-10 7-12 20-40 0,1-0.15 40-80 20-50
Снльнотре-шнноватые 10-16 12-16 5-20 0,07-0,1 20-40 50-80
Раздробленные Более 16 Колее 16 Менее 5 Менее 0,07 Менее 20 >80
Примечание. Мг - «одул обшей третиномтости, тр'*г. М, - модули куоховвтости. кус-'ы, КУП - показатель состояния пород, ''к I - рат-чер среднего линейного блоха, м: 8К • выход керн*. п - количество дон дробления. */*.
Второй класс рыхлых и мягких связных пород состоит из двух групп группы мягких связных горных пород, представленных широко развитыми на месторождении корами выветривания триас-юрского возраста, мезозойскими пролювиально-делювиальными карстовыми отложениями, и группы покровных отложений, сложенных аллювиальными и аллювиально-
г/ ' *'»' 'А
I* V ±Г '. •
\ТС7.
д >
и*
■г! \
*
Рис. I Мощность зон тектонического дробления и их распространение вблизи Воронцовского разлома и оперяющих нарушений М 1:50000:
1 - заполнитель карстовых полосгей;
2 - структурные коры выветривания;
3 - тектонически раздробленные пэроды; < - линии разломов
делювиальными глинами, торфами, озерно-болотными илами и техногенными образованиями Мощность вскрышных покровных пород варьирует в широких пределах от первых единиц до 25 метров.
Анализ данных водно-физических и прочностных свойств показал, что породы этого класса представлены глинами полутвердой и твердой консистенции с низкой коллоидной активностью (А,=0,4-0,5), что позволяет охарактеризовать глинистые породы как неактивные, слабогидрофильные. Г1о гранулометрическому составу глины относятся к тяжелым и пылеватым. неоднородным с включениями песка, гальки, дресвы и гравия до 25 %. Анализ показателе*! плотности, естественной влажности, верхнего и нижнего пределов пластичности обнаружил скачкообразную незакономерную изменчивость показателен свойств с глубиной, что позволило покровные отложения выделить в отдельный инженерно-геологический элемент и охарактеризовать его статистическими показателями свойств (табл.2).
Карстовые образования представлены глинами с включениями гравия, дресвы, гальки, обломков и глыб известняка до 60-80 см в поперечнике, дресвяно-щебнистыми образованиями с суглинками и глинами в заполнителе с включениями лимонита, порошковатых разностей мартитовой руды и смещенными (обрушившимися в карстовые полости) корами выветривания Мощность карстовых образований весьма изменчива, она варьирует от первых единиц метров до десятков метров в пределах северной части месторождения. Карстовые образования выполняют карстовые депрессии, которые имеют различные формы в плане: вытянутые в меридиональном направлении, асимметричной формы, соединяющей несколько карстовых котловин,
Породы характеризуются чрезвычайной неоднородностью в плане и разрезе но составу и показателям физико-механических свойств. По гранулометрическому составу образования дрссвяно-шебннсто-глинистые. глиннсто-дресвяно-шебнистыс Содержание глинистой фракции изменяется в широких пределах: от 11 до 50 %.
Широко развитые на месторождении коры выветривания туфопесчаннков, туфоалевролнтов, туфов, диабазовых порфиритов неоднородны в плане и разрезе по составу, свойствам и представлены глнннсто-щебнисто-дресвянымн образованиями Анализ данных инженерно-геологического опробования кор выветривания с сохранением макроструктуры материнских пород и бесструктурных, изучение закономерностей изменения значений показателей состава и свойств по глубине позволили выделить в глинисто-дресвяной и глинистой зонах следующие инженерно-геологические элементы и охарактеризовать их расчетными показателями: бесструктурная кора выветривания, структурная и рудные интервалы коры выветривания (см.табл.1).
Мощность структурных кор изменяется от 20-30 до 60-80 м Породы структурной коры выветривания по числу пластичности: глины, суглинки с включениями крупнообломочной фракции до 15-35 %, среднеиабухающис. Бесструктурные коры выветривания также представлены глинисто-дресвяными образованиями Глинистая составляющая суглинки, редко глины твердой, полутвердой консистенции, средненабухающие.
Одним из основных компонентов, определяющих выбор технологических решений отработки месторождения, является тектоническая нарушенностъ. трещнноватость и блочность пород. Рассматриваемое месторождение приурочено к зонам крупных тектонических разломов ебмеридионального и субширотного простираний с оперяющими его более мелкими нарушениями, обусловившими его блоковое строение и широкое развитие зон дробления мощностью от 0,1-120,0 м (рис.1). На месторождении выделены литогенетическнс, тектонические и экзогенные трещины. Литогенетнчсскне трещины прослеживаются на всю глубину массива и совпадают с поверхностями напластования Тектонические трещины выдержаны по простиранию, параллельны оси керна и наклонены к ней Поверхности трещин с бороздами, штрихами и зеркалами скольжения. Трещины залечены кварцем, кальцитом» хлоритом, часто без заполнителя. Экзогенные трещины выветривания и карстообразовання. разноориентированные, заполненные карбонатом, хлоритом, гидроокислами железа (2|
а
б
Рис.2. Диаграммы трсишноватости извести ко в по данным тслефотометрня на различных глубинах (а. б. в. г)
Судя по геолого-тсктоническим условиям, данным инженсрно-геологической документации, степень трешнновагости в пределах месторождения крайне неравномерная и меняется по простиранию и падению пород Анализ изменения до глубины 350 м показателей трещиноватостн показал "стационарный " тип изменчивости.
Унаследованность систем трещин различного генезиса, длительность их формирования, разнонаправленный характер подвижек существенно затрудняют изучение и реконструкцию
м/перб/з/ !3/ 9 -723
систем трещин Однако закономерности в ориентировке трещиноватости удалось выявить с помощью диаграмм (рис.2) Это трещины преимущественно сколового характера с ровными, гладкими поверхностями. В строении отдельных трешнн отмечаются смешения, раздувы, пережимы субвертнкальных трещин, наличие четких зеркал скольжения. По всем системам трещин развиты корочки и налеты гидроокислов железа, карбонатов, хлоритов
При инженерно-геологическом изучении трещиноватости по керну из-за неориентированности его в пространстве трудно выделить системы трещин и определить блочность пород. Авторами для определения среднего линейного блокка был использован статистико-генетичсский метод, на основании которого и была выполнена классификация пород (см.табл.2) |2J.
Логическим завершением инженерно-геологических исследований месторождений полезных ископаемых является прогнозирование инженерно-геологических условий, которые и определяют выбор оптимальных технических и технологических решений отработки месторождения (3,4).
В основу прогнозирования инженерно-геологических условий Воронцовского месторождения положены: геолого-структурное строение месторождения, физико-механические свойства горных пород, степень тектонической нарушснностн пород, наличие поверхностей ослабления, он дробления, дискования. Выделены следующие типы инженерно-геологических участков:
1 —XI класс - устойчивые, средней устойчивости участки сложены в основном скальными породами со слабой и средней степенью трехциноватости. высокопрочными (вулканогенно-осадочными. эффузивными, интрузивными, вулканокластическими и слабо закарстованнымн известняками). В пределах пород этих классов устойчивости коэффициент и модуль зон дробления (отношение суммарной мощности зон дробления к содержащей их вскрытой мощности разреза: модуль зон дробления - отношение количества вскрытых зон дробления к вскрытой мощности разреза) не превышает 5-10 %: в этой части карьерного поля могут наблюдаться осыпи с вывалом, обрушениями в зонах дробления различных масштабов при вскрытии локальных поверхностей и зонок (0,05-0,20 м мощностью) ослабления.
III класс - низкой устойчивости, участки дифференцированы на:
IIIa - участки, сложенные скальными породами сильнотрещнноватыми и закарстованнымн, со значительными величинами коэффициента (более 10 %) и модуля (более трех) зон дробления, в их пределах возможно развитие следующих инженерно-геологических явлений: осыпей с вывалами и обрушениями, смещение блоков, сильнораздробленных (гектонитов) рассланцованных, смятых пород, даже оползней в случае вскрытия скальных пород, подстилаемых глинисто-щебнистыми корами. карстовыми образованиями.
- участки низкой устойчивости, сложены корами выветривания дезинтефированными, структурными, смещенными, переотложеннымн, карстовыми образованиями и могут разрабатываться только в условиях опережающего водопонижения в связи со значительными величинами относительного набухания, пластичности, склонностью к пучению, сравнипельно лсп<ой размываемостью глинистой составляющей в корах и карстовых образованиях
Участки месторождения IV класса устойчивости - неустойчивые, представлены в основном глинистыми отложениями, заторфованнымн грунтами различного генезиса. В пределах этого типа участков будут наблюдаться сплывы. оплывины. ополши. обусловленные пластичностью, набуханием покровных отложений
Таким образом, основными компонентами, определяющими условия отработки Воронцовского месторождения, являются геолого-структурное строение, физико-механические свойства горных пород, степень и характер тектонической нарушенности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абатурова И.В., Лфаиаенадн Э.И. Комплексная оценка стспснн трспшноватости и прогноз устойчивости бортов проектируемых карьеров на стадиях разведки месторождении //Геология и разведка. -1992. -Х«6. - С.74-80.
2. Бармнн E.H., Коломенский E.H. Опыт применения факторного анализа к оценке трещнноватости скальных массивов //Проблемы инженерной геологин и связи с рациональным использованием геологической среды: Тсз.докл. Веесоюзн. научи, конф. - Л„ 1976. - С.41-56
3 Вайтекунас К.-А.К., Дончук A.A. Возможности предварительной оценки устойчивости массивов пород на стадии разведки месторождении //Инженерная геология - 1989 - Х«4. - С.54.
4. Ломтадэе В.Д. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. - Л Недра. 1986. -
УДК 556.31
А.И.Ссмячков
МЕТОДИКА ПРОГНОЗА КАЧЕСТВА ТЕХНОГЕННЫХ ВОД
Свердловская область исторически основывается на горнорудной и металлургической промышленности. В результате длительной (около 300 лег) и интенсивной разработки месторождении и переработки минерального сырья в области накоплено 7,5 млрд тонн отходов, складированных в отвалах и хранилищах. Все эти образования, с одной стороны, содержат токсичные элементы, главным образом тяжелые металлы, в достаточно высоких конце»лгра1шях, с другой, - находящиеся в них отходы сильно диспергированы Это обуславливает интенсификацию процессов физико-химического взаимодействия техногенных образований (ТО) с окружающей средой [3]. Главным агентом взаимодействия техногенных образований с окружающей средой является вода с растворенными газами и химическими веществами. Процессы, происходящие в ТО. весьма разнообразны Основные из них: окисление, гидратация, растворение и выщелачивание В результате этих процессов в пределах техногенного образования могуг формироваться техногенные воды (ТВ), существенно отличающиеся по составу от поверхностных и подземных вод данного района При неблагоприятных условиях (фильтрация через охраждающие дамбы и дно хранилищ, сток по пониженным частям рельефа в отвалах) техногенные воды окажут негативное воздействие на поверхностные и подземные.
I. Основные факторы н процессы, определяющие формирование качества ТВ
Основные факторы, определяющие качество техногенных вод, следующие:
1. Условия складирования отходов
2. Морфомстрическис параметры и расположение на рельефе техногенного образования
3. Химический состав отходов и конце!гграция потенциальных зафязняющнх компонентов в отходах.
4. Минералогический состав отходов .
5. Гранулометрический состав отходов и их неоднородность.
6. Гидрометеорологические факторы
