CC BY
45
------------------------------------------- © С.В. Сергеев, А.И. Лябах,
Д.А. Зайцев, В.В. Севрюков, 2011
УДК 552.08
С.В. Сергеев, А.И. Лябах, Д.А. Зайцев,
В.В. Севрюков
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РЫХЛЫХ РУД КМА
Рассмотрены результаты инженерно-геологического сопровождения горных работ при отработке запасов богатых железных руд Яковлевского месторождения в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях Курской магнитной аномалии (КМА). Дана характеристика условиям сооружения горных выработок.
Ключевые слова: богатые железные руды, минералогические типы, устойчивость, прочность.
Т^азработка месторождений глубо-
-ИГ козалегающих богатых железных руд Белгородского железорудного района КМА требует комплексного подходка к обеспечению безопасности ведения горных работ. Одним из таких важных направлений является изучение инже-нерно-геоло-гических условий рудного массива при ведении горных работ на глубинах более 600 м. В районе КМА единственным, на котором подземным способом ведется разработка рыхлых богатых железных руд с содержанием Feoбщ. более 60 %, является Яковлевское железорудное месторождение [1].
На основе запасов Центрального участка месторождения осуществляется строительство и ввод в эксплуатацию Яковлевского рудника. Подземными горными выработками оконтурен участок месторождения в пределах шахтного поля протяженностью 1600 м.
Месторождение вскрыто тремя вертикальными шахтными стволами глубиной более 730 м каждый, в пределах этажа отработки шахтное поле подготовлено Откаточным горизонтом минус
425 м и Вентиляционно-закладочным горизонтом минус 370 м.
Сложные гидрогеологические и горнотехнические особенности месторождения (рудное тело перекрыто 550 м осадочной толщей с системой высоконапорных водоносных горизонтов с напорами до 40 атм.) предопределили выбор нисходящей слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Ее использование способно предотвратить образование водопроводящих трещин в предохранительном целике, отделяющем горные выработки рудника от вы-шезалегающего нижнекаменноугольного водоносного горизонта [2].
Выбор оптимальной системы осушения, своевременное изменение проектных решений, соответствующих трансформации гидрогеологической обстановки на руднике, обеспечили подготовку к отработке первоочередного участка месторождения.
Г орные работы преимущественно сосредоточены в восточной части шахтного поля. Протяженность это участка по простиранию составляет 700 м при ши-
рине оруденения на отметке минус 370 м Вентиляционно-закладочного горизонта от 280 м до 450 м. В соответствии с проектными решениями площадь участка разделена на 6 эксплуатационных блоков, отработка которых осуществляется как вкрест, так и по простиранию рудного тела. Наибольшее развитие горные работы получили в пределах нулевого слоя блока №6. Рабочая документация для отработки данного блока выполнена Научно-производст-венной фирмой «Тарекса» (Москва, 2007 г.). Техническим заданием определена слоевая система разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой в границах 19-23 линий ортов [3].
Для отработки основных запасов руды с минимальными деформациями сооружается защитная потолочина, разделяющая отрабатываемые запасы этажа от предохранительного рудного целика.
Защитная потолочина (нулевой слой) отрабатывается параллельными тупиковыми заходками вкрест простирания рудного тела. Подготовка к отработке заключается в проходке стартового штрека в лежачем боку и диагональных заездов, причем из каждого заезда рассекаются четыре заходки. Со стартового штрека в створе с заходками потолочины отрабатывается и первый слой залежи. Последующие слои (2-10) отрабатываются заходками, пройденными из слоевых штреков, заезды на которые выполняются из панельного уклона в лежачем боку залежи.
К концу 2010 г. сформировано около 80 % защитной потолочины блока №6. Документирование, обследование и систематизация сведений при инженерногеологических наблюдениях во время проходки очистных заходок позволили значительно расширить представление о морфологии рудного массива.
Стартовый штрек и Диагональные заезды №1-10 пройдены преимущественно в тонкополосчатых кварцитах же-лезнослюдково-мартитового состава. В зависимости от степени выветрелости материнских пород и наличия трещин близ меридионального направления с углами падения на северо-запад от 25° до 80° массив характеризуется как среднеустойчивый или неустойчивый. В не-выветрелых зонах кварциты представляют собой весьма крепкие слаботрещиноватые или трещиноватые породы осж. 1000-1600 кг/см2. Однако трещиноватость оказывает существенное влияние на общую устойчивость горных пород в обнажениях и состоянии пройденных подземных горных выработок.
Водопроявления на участке распространения кварцитов отсутствуют. Исключением является лишь западная часть блока, где из-за сложного тектонического строения лежачего бока на контакте с рудами наблюдаются незначительные водопроявления в виде локального рассеянного капежа и замока-ния кровли выработок. При соблюдении паспорта крепления проходка горных выработок в таких условиях осложнений не вызывает.
Диагональные заезды пересекают весьма неустойчивый контакт между кварцитами лежачего бока и мощной зоной оруденения, представленной богатыми железными рудами железнос-людково-мартитового состава. Контакт в плане имеет дугообразную форму - в центральной части кварциты дальше вдаются в массив рыхлых руд, чем по краевым границам блока. Мощность переходной зоны от 1-2 м до 10-15 м. В данных интервалах проходка выработок достаточно сложна, при отступлении от паспорта крепления сопряжена с выва-лообразованиями на участках чередования скальных и рыхлых разностей.
Очистные заходки засекаются из диагональных заездов и пересекают рудное тело, достигая пород висячего бока месторождения. Трасса заходок вначале проходит зону железнослюдко-во-мартитовых руд с горизонтальной мощностью от 60 до 90 м, далее участок распространения гидрогематито-
мартитовых и мартито-гидро-гематитовых разностей разделенных на две подзоны прослоем железнослюдко-во-мартитовых руд (общая горизонтальная мощность от 50 до 62 м, соотношение мощности прослоев в среднем 18 м : 16 м : 22 м). Следующий интервал в плане представлен клинообразной зоной железнослюдково-мартитовых руд: максимальная ширина в западной части блока около 85 м, после чего она плавно уменьшается до 10-12 м к восточной границе. Последний участок богатых руд в плане практически симметричен предыдущему, только представлен гид-рогематито-мартитовыми и мартито-гидрогематитовыми разностями: в западной части его горизонтальная мощность минимальна (18 м), а к восточной
- увеличивается до 135 м.
Породы висячего бока представлены конгломератами, углисто-кварц-
слюдистыми, кварц-серицитовыми и кварц-карбонат-серицитовыми тонкополосчатыми сланцами, крайне непостоянными по прочности вследствие неравномерно выраженной слоистости и наличия в ней кливажа расслоения. Данные по большому числу скважин характеризуют кровлю висячего бока как массив пород малой и, реже, средней крепости.
Изучение состава богатых железных руд, залегающих на участке отработки блока №6 показывает, что здесь залегают все их основные минералогические разновидности: мартитовые, железнос-
людково-мартитовые, гидрогематито-мартитовые и межрудные сланцы.
Железнослюдковые разности рыхлых руд характеризуются весьма низкими значениями прочности осж. < 100 кг/см2. Мартитовые разности обладают несколько большей унаследованной агре-гатностью и, как правило, более высокими показателями прочности осж. = 100-300 кг/см2. Все разновидности руд, имеющие сопротивление сжатию до 300 кг/см2 относятся к рыхлым рудам и в зависимости от степени эпигенетической минерализации характеризуют массив как неустойчивый или весьма неустойчивый. В выделенной зоне массив разбит серией разноориентированных трещин: преимущественно близ меридионального простирания с падением на запад под углом от 55° до 75°, а так же секущих субширотного направления с падением на юг под углом 55° и согласных напластованию северо-запад-ного простирания с падением на северо-восток под углом от 35° до 45°.
Мартито-гидрогематитовые руды из-за наличия дисперсного гидроксида железа обладают повышенным содержанием глинистых минералов и особенно хлоритов. Эти структурные изменения обуславливают и повышение прочности данных руд до осж. = 300-800 кг/см2. Руды классифицируются как полускаль-ные пониженной прочности.
Карбонатизированные полускальные и скальные разновидности мартитовых, железнослюдково-мартитовых и гидро-гематито-мартитовых руд имеют наиболее высокие прочностные показатели среди богатых железных руд, поэтому они относятся к крепким рудам и имеют осж. = 800-1000 кг/см2.
Анализ работ показывает, что изменчивость физико-механических свойств богатых железных руд, наряду с изменчивостью вещественного состава и тек-
стурно-структурных особенностей разреза, определяется степенью эпигенетической минерализации - хлоритизацией и карбонатизацией. С учетом этого, руды в пределах эксплуатационного блока №6 подразделяются на три группы:
I группа - рыхлые: низкой и весьма низкой крепости, осж. < 300 кг/см2;
II группа - средней плотности: средней крепости, 800 > осж. > 300 кг/см2;
III группа - плотные: крепкие, 1000 > осж. > 800 кг/см2.
Наличие выделяемых групп руд по прочности характерно для всех минеральных разновидностей богатых железных руд.
Опыт инженерно-геологического сопровождения проходки горных выработок в массиве богатых железных руд свидетельствует о сложности инженерно-геологических условия Яковлевского месторождения.
Для наиболее полного изучения факторов, влияющих на устойчивость гор-
1. Орлов, В.П. Железные руды КМА / В.П. Орлов, И.А. Шевырев, Н.А. Соколов; Под ред. В.П. Орлова. - М.: Изд-во Геоинформарк, 2001. - 616 с.
2. Выполнить обоснование безопасных условий отработки Яковлевского железорудного месторождения под неосушенным нижнекарбоновым водоносным комплексом без соору-
ных пород в обнажениях, рекомендуются следующие направления дальнейших исследований:
- геолого-структурное картирование с помощью современного измерительного оборудования с созданием, обработкой и управлением цифровой базой данных тектонических нарушений на основе компьютерных технологий;
- пространственная визуализация и анализ распространения руд и пород с различными физико-механическими свойствами с применением технологий 3Б-моделирования.
Совершенствование представлений о морфологии рудного тела Яковлевского железорудного месторождения будет способствовать повышению эффективности производственных процессов при проходке горных выработок в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях КМА.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
жения водонепроницаемых перемычек. Согласование результатов в Госгортехнадзоре России: Отчет о НИР / НТЦ «НоВоТЭК»; Рук. работ Г.Н. Гензель. - Белгород, 2004. - 122 с.
3. Создание защитной потолочины севернее блока № 2-4 между линиями ортов 25 и 29: Рабочий проект / НПФ «Тарекса». - М., 2008. - 80 с. Н1ГД=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------
Сергеев Сергей Валентинович - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Инженерной геологии и гидрогеологии»,
Зайцев Денис Александрович - аспирант кафедры «Инженерной геологии и гидрогеологии»,
Севрюков Василий Викторович - аспирант кафедры «Инженерной геологии и гидрогеологии», Национальный исследовательский университет «БелГУ», [email protected]
Лябах Анатолий Иванович - главный геолог ООО «Металл-групп» Яковлевский рудник.
