CC BY
89
УДК 622.012:556.3
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПОД ВОДНЫМИ ОБЪЕКТАМИ НА АЛМАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ
1 2 3
А.В. Дроздов , Н.П. Крамсков , Г.Н. Гензель
1 2Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», 678170, г. Мирный, Ленина, 39 . 3НТЦ «НОВОТЭК»,
308002, г. Белгород, ул. Б. Хмельницкого, 131.
Рассмотрены особенности гидрогеомеханического мониторинга под отработанными алмазными карьерами в Западной Якутии, нижние горизонты которых затоплены. Представлены методика и технология проведения исследований, позволяющих получать информацию для оценки фильтрационных показателей предохранительных целиков.
Ил. 3. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: мониторинг; подземные воды; горные выработки; алмазные месторождения.
FEATURES OF HYDROGEOMECHANICAL MONITORING UNDER WATER BODIES AT DIAMOND DEPOSITS OF WESTERN YAKUTIA
A.V. Drozdov1, N.P. Kramskov2, G.N. Genzel3
1 2 Institute "Yakutniproalmaz" Stock Company "ALROSA" 39, Lenin St., Mirny, 678170. 3 Scientific Technical Center "NOVOTEK" 131, B. Khmelnitsky St., Belgorod, 308002.
The article deals with the features of hydrogeomechanical monitoring under the worked-out diamond quarries in western Yakutia, whose lower horizons are flooded. The author presents the procedure and technology for conducting researches, which enable to obtain information for the assessment of filtration indices of protective blocks. 3 figures. 4 sources.
Key words: monitoring; groundwaters; mine workings; diamond deposits.
Алмазные месторождения в Западной Якутии разрабатываются акционерной компанией «Алмазы России - Саха» (АК «АЛРОСА»). Добыча ведётся открытым, подземным и комбинированным способами. Для безопасного осуществления горного производства необходима защита выработок от подземных рассолов с последующим обоснованным водоотведением, а также выполнение специальных мероприятий в опасных по разным факторам зонах. Важным аспектом существующих проблем считается разработка систем защиты участков месторождений, где возможны различные катастрофические геологические процессы и явления, например, прорывы воды или внезапные газонефтяные выбросы. В настоящее время разработан и утверждён перечень нормативных документов, которые позволяют решить ряд принципиальных вопросов. В частности, установлены правила и порядок оставления предохранительных целиков от водных объектов, потенциально опасных по прорывам воды в горные выработки. Кроме того, проводятся мероприятия, направленные на обеспечение газобезопасности при ведении подземных работ, осуществляется гео-
механический мониторинг и др.
Для подземных рудников АК «АЛРОСА» основными водными объектами являются затопленные карьеры (рис. 1), подземные выработки, водоносные горизонты, обводнённые разломные зоны, незатампони-рованные скважины (табл. 1). Освоение месторождений может сопровождаться сопутствующими процессами, приводящими к увеличению влажности пород, растворению соляных пластов, вывалам горной массы, крупным прорывам воды и т.д. Безопасная глубина ведения очистных и добычных работ в таких условиях достигается оставлением на определённый срок части породного целика для предохранения подземных выработок от негативных явлений. Все подземные рудники, в зависимости от степени опасности водной среды, устойчивости пород и сопутствующих геодинамических процессов, подразделяют на соответствующие категории, группы, классы.
Исходя из характера образования, все водные объекты подразделяют на истинные, переходные и специфические. Истинные водные объекты представляют собой естественные или искусственные со-
1Дроздов Александр Викторович, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, тел.: (41136) 92038, 89142517174 , e-mail: adrosdov@yna.alrosa-mir.ru
Drozdov Alexander, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Head of the Laboratory, tel.: (41136) 92038, 89142517174, e-mail: adrosdov@yna.alrosa-mir.ru
2Крамсков Николай Петрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник, тел.: (41136) 92038. Kramskov Nikolay, Doctor of technical sciences, Chief Researcher, tel.: (41136) 92038.
3Гензель Григорий Наумович, кандидат геолого-минералогических наук, академик Академии горных наук, заместитель директора, тел.: (0722) 260785, e-mail: genzel@novotek.belgorod.su
Genzel Grigory, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Academician of the Academy of Mining Sciences, Deputy Director, tel.: (0722) 260785, e-mail: genzel@novotek.belgorod.su
средоточения гравитационной воды, которые при подработке являются или могут быть источниками её внезапных прорывов в подземные выработки. Переходные объекты - созданные скопления гравитационной воды, которые залегают на легко размываемых и во-донасыщенных образованиях, содержащих преимущественно гравитационную воду. Специфические водные объекты - созданные сосредоточения увлажнённых песчано-глинистых образований, содержащих преимущественно плёночную и свободную воду. Внутри каждого типа водные объекты по их расположению подразделяются на поверхностные и подземные; по характеру распространения в пространстве - на площадные и линейные и т.д.
Рис. 1. Карьер «Мир» (водный объект) в режиме «сухой» консервации
Часть толщи пород, оставляемая для предохранения горных выработок от прорыва в них воды, называется охранным целиком, параметры которого для каждого месторождения рассчитывают индивидуально и могут иметь отличительные особенности. К примеру, отработка запасов подземным способом на руднике «Интернациональный» ведётся под несдренирован-
ным метегеро-ичерским водоносным комплексом (МИВК). Дренажный горизонт строится на отметке -145 абс. м под защитой предохранительного целика мощностью 10 м. Для подземных выработок рудника «Мир» минимальная мощность предохранительного целика составляет 19 м, для рудника «Айхал» - 25 м. Размеры экранирующей толщи по каждому объекту обоснованы и прошли экспертизу промышленной безопасности.
Гидрогеологические условия алмазных месторождений
Трубки «Мир» и «Интернациональная» расположены в Мало-Ботуобинском, «Удачная» и «Айхал» - в Далдыно-Алакитском алмазоносных районах Якутии, которым в верхней части разреза свойственен сплошной ярус многолетнемёрзлых пород (ММП) [2]. Нулевая изотерма для большинства месторождений региона фиксируется на глубинах 650-1050 м. Основная сложность в их освоении связана с подмерзлотными водами, распространёнными повсеместно и представленными газонасыщенными рассолами. Для трубок «Мир» и «Интернациональная» преобладающее обводнение связано с МИВК, имеющим напоры 175,0216,5 м. Кровлей комплекса являются ММП, подошвой - сульфатно-карбонатные и галогенные отложения. Проницаемые горизонты МИВК сложены пористыми, кавернозными и трещиноватыми известняками, доломитами. Коэффициент водопроводимости толщ вблизи месторождений изменяется от 30 до 80 м2/сут, что подтверждает выводы о резкой фильтрационной неоднородности пород в пределах водонасыщенных интервалов. В то же время вблизи региональных зон разрывных нарушений, заполненных трапповыми интрузиями, фильтрационные показатели комплекса достигают 300-500 м2/сут. Ширина таких высокопроницаемых зон составляет 600-700 м. Подземные воды МИВК представлены хлоридными натриевыми рассолами со средней минерализацией 100-150 г/дм3 и растворенными газами - метаном, азотом, сероводородом.
Трубка «Мир» с 1957 по 2001 гг. разрабатывалась
Рудник Водный объект Вид водного объекта
Мир Затопленный карьер с песчано-глинистыми во-донасыщенными образованиями на дне Специфический, переходный, поверхностный, площадной
Водоносные горизонты и комплексы Истинный, подземный, площадной
Обводнённые разломы и зоны дробления, незатампонированные скважины Истинный, подземный, линейный
Подземные горные выработки, по которым осуществляется водоотведение Истинный, подземный, линейный
Интернациональный, Удачный, Айхал Затопленный карьер с водонасыщенными песча-но-глинистыми образованиями на дне Специфический, переходный, поверхностный, площадной
Водоносные горизонты и комплексы Истинный, подземный, площадной
Обводнённые разломы и зоны дробления, незатампонированные скважины Истинный, подземный, линейный
На дне карьера произведена отсыпка крупнообъемных глыб и на них уложен плёночно-суглинистый экран.
Таблица 1
Водные объекты, подрабатываемые на подземных рудниках АК «АЛРОСА»
открытым способом до глубины 525 м при полном вскрытии МИВК и интенсивностью притока воды до 1200 м3/ч. Отработка запасов ниже отметки -190 абс. м предусматривается подземным способом под защитой системы «сухой» консервации, суть которой сводится к засыпке крупнообъёмным материалом полотна карьера, созданию грунтово-плёночного экрана и заглублённого карьерного водоотлива на отметке -141 абс. м. Консервация рудного тела произведена путём формирования на полотне трехслойной толщи общей мощностью ~ 50 м. Нижний слой мощностью до 30 м отсыпан грубообломочными долеритами и характеризуется как «слой с ураганной проницаемостью». На него на суглинистой подушке уложена непроницаемая плёнка толщиной 2 мм. На плёнку отсыпаны глинистые грунты. Эффективность защитного экрана оценивается величиной проскока <50-100 м3/ч, которая позволяет упростить водоотлив из подземных выработок. Дальнейшая отработка подкарьерных запасов месторождения в интервале отметок от -190 до -310 абс. м предполагает поддержание отработанного пространства карьера под защитой комплекса «сухой» консервации с перекачкой стоков из водоотливной штольни на полигон утилизации.
Рис. 2. Общий вид карьера и подземного рудника «Интернациональный»
Трубка «Интернациональная» разрабатывается в несколько этапов с добычей руды открытым и подземным способами (рис. 2). Месторождение представляет собой вертикальное рудное тело и сложено кимберлитами и кимберлитовыми брекчиями. Абсолютные отметки кровли МИВК изменяются от +12 до +60, подошвы - от -118,1 до -136,8 абс. м. Общая мощность водоносного комплекса на месторождении варьируется в пределах 130,1-158,0 м. Рудник является первоочередным объектом АК «АЛРОСА» по подземной добыче алмазов, при этом верхняя часть месторождения до глубины 300 м отработана карьером. Освоение запасов 1-4 горизонтов высотой 90 м будет осуществляться в сложных гидрогеологических условиях, вызванных наличием МИВК. Основные проблемы на месторождении связаны с мероприятиями, предупреждающими прорывы рассолов в подземный рудник. Наиболее перспективным для защиты выработок от затопления является комбинированный способ, кото-
рый заключается в проведении водопонижения в МИВК из дренажного горизонта и сооружении водозащитной системы, ограждающей трубку и подготовительные выработки, путём тампонажа. Для проведения предварительного снижения напоров в водоносном комплексе предлагается использовать систему наклонно-восстающих скважин, заложенных по рудному телу с горизонта -145 абс. м.
Трубка «Айхал» расположена в пределах Алакит-Мархинского кимберлитового поля, относящегося к Верхневилюйскому криоартезианскому бассейну [2]. Месторождение представляет собой сплюснуто-овальное кимберлитовое тело, которое до начала отработки имело дайкообразную форму. Межмерзлотные воды месторождения представлены нижнеордовикским комплексом, а подмерзлотные воды представляют собой единую раннепалеозойскую слабоводоносную формацию, в разрезе которой не выделяется сколько-нибудь обособленных водоносных горизонтов [2]. Водонасыщенные коллекторы приурочены к трещиноватым известнякам и доломитам с мощностью от 0,6 до 4,0 м. Водообильность комплекса низкая, притоки не превышают 2-5 м3/сут. По химическому составу подземные воды относятся к хлоридным кальциевым рассолам с минерализацией от 74,3 до 310,0 г/дм3. Добыча алмазов до глубины 320 м осуществлялась открытым способом. В настоящее время построен подземный рудник с производительность 500 тыс. т руды в год. Основной проблемой при добыче подкарьерных запасов на руднике является водный объект (карьер с обводнёнными грунтами).
К основным особенностям подземной отработки запасов трубки «Удачная» следует отнести наличие карьера глубиной 660 м, сложные криогидрогеологи-ческие и нефтегазовые условия и др. Вскрытие и отработка первой очереди подкарьерных запасов рассматривается в отметках -260 ... -580 абс. м. Для подземного освоения месторождения принята система разработки с подэтажным обрушением и торцевым выпуском руды под предохранительной подушкой. Мощность подушки должна составлять 30-50 м, которая поддерживается в течение всего времени отработки рудных тел. Существенным недостатком данной системы является высокая вероятность обводнения и прорыва предохранительной подушки, а далее резкое затопление очистных горных выработок за счёт подземных вод и атмосферных осадков. Поэтому возможность применения варианта подэтажного обрушения во многом будет зависеть от способности раздробленной рудной массы дренировать воду, сохранять сыпучие и фильтрационные свойства пород.
Определение границ опасных зон по прорывам воды в подземные выработки
Подземное освоение алмазных месторождений должно сопровождаться оценкой систем разработки с позиций опасности прорыва воды в горные выработки из водных объектов, расположенных в зоне влияния горных работ. Это определяет необходимость изучения и учёта формирования гидрогеомеханической структуры массива, которое происходит при строительстве подземных сооружений (рис. 3). За счёт выемки горной массы образуются две области, отли-
чающиеся по характеру деформирования пород: область разгрузки и область повышенного горного давления. Область разгрузки характеризуется пониженными напряжениями по сравнению с незатронутым участком под влиянием горных работ. Она располагается над и под выработанным пространством, имея в сечении форму двух полуэллипсов, общая ось которых равна ширине добычной выработки. Величины полуосей определяются её размерами, вынимаемой мощностью слоя, глубиной разработки, способом управления горным давлением, литологическим составом и механическими свойствами пород.
Область повышенного горного давления граничит с зоной разгрузки и располагается над и под нетронутым массивом горных пород или под оставленным в нём целиком. В этой области нормальные напряжения больше, чем в естественном массиве. Её параметры зависят от глубины горных работ, физико-механических свойств пород, размеров и конфигурации выработанного пространства и других факторов. Ширина по плоскости слоя находится в степенной зависимости от глубины горных работ и колеблется обычно в пределах 0,1-0,3. Область распространяется также вверх и вниз от границы выработки на расстояние, примерно равное высоте зоны разгрузки. На основе опыта подземной разработки рудных тел, результатов наблюдений за развитием деформаций в породном массиве и изменением их проницаемости гидрогеомеханическая структура подработанного пространства представляется в виде, представленном на рис. 3. В её пределах выделяют несколько зон с характерными показателями и степенью деформирова-
ния пород.
Первая зона (сквозных трещин), расположенная непосредственно над подземной выработкой, характеризуется развитием в прогибающихся слоях нормально секущих разрывов и трещин расслоения, разбивающих массив на крупные блоки с образованием системы каналов высокой проницаемости.
Во второй зоне (фильтрующих трещин) секущие разрывы, идущие от верхней и нижней границ изгибающегося слоя, достигают трещин расслоения и создают фильтрационную среду, которой свойственно постепенное уменьшение проницаемости по мере удаления от границы.
В третьей зоне (локальных трещин) деформации растяжения, вызванные изгибом толщи, достигают критических значений в породах, прилегающих к верхней и нижней границам слоя. Одновременно под влиянием касательных напряжений, вызываемых изгибом слоя, в нём проявляются деформации сдвига и зарождаются трещины расслоения. Но поскольку протяжённость этих трещин и глубина секущих трещин невелика, формируется дискретная фильтрационная среда, проницаемость которой, по сравнению с породами, находящимися в естественном поле напряжений, увеличивается незначительно.
Четвёртая зона характеризуется прогибом пород без разрыва сплошности. Ввиду того, что рудники АК «АЛРОСА» относятся к объектам с недоисследован-ным характером формирования гидрогеомеханиче-ской структуры подработанного массива, рекомендуется при расчётах размеров зон сквозных и водопро-водящих трещин коэффициент запаса (Кз) принимать
Рис. 3. Гидрогеомеханическая структура подработанного породного массива: 1 - отработанный этаж; 2 - устойчивый свод; 3 - граница сквозных водопроводящих трещин; 4 - граница зоны водопроводящих трещин; 5 - граница подработки с учётом коэффициента запаса (К3); 6 - рудное тело; 7 - подошва водоносного объекта; - высота эксплуатационного этажа; - высота устойчивого свода; & - высота зоны сквозных трещин; Rзвт - высота зоны водопроводящих трещин; НБ - высота свода подработки с учётом Кз; в - угол разрывов; &гс. - ширина зоны сквозных трещин; &г.т. - ширина зоны водопроводящих трещин; - ширина зоны подработки с учётом Кз
равным > 1,2. При расчёте высоты зоны сквозных и водопроводящих трещин величину Кз следует принимать с учётом гидростатического давления в водном объекте (Р): при Р < 1,5 МПа Кз = 1,1; при Р > 1,5 МПа К3 = 1,25.
Закономерное изменение напряжённо-деформированного состояния горного массива и фильтрационных параметров пород над очистным пространством позволяет наполнить физическим содержанием понятие категорийности рудников по опасности формирования негативных процессов при подработке водных объектов. Благоприятные условия обеспечиваются, когда глубина горных работ под водным объектом гарантированно больше мощности зоны водопроводящих трещин. Безопасная глубина может быть определена через высоту зоны водопроводящих трещин или непосредственно по величине допустимого остаточного столба воды в отработанном карьере по следующей зависимости:
Нб = кДзвт + 8, (1)
где кз - коэффициент запаса, учитывающий степень изученности гидрогеомеханических процессов; [?ЗВТ -высота зоны водопроводящих трещин; 8 - погрешность в определении контура водного объекта.
Зависимость (1) даёт хорошие результаты, когда гидростатический напор в водном объекте не превышает 0,5 МПа; при больших напорах необходимо вводить соответствующую поправку, т.е.
Нб = ^звт + ЛС + 8, где ЛС - поправка, учитывающая гидростатический напор в водном объекте.
Высота зоны водопроводящих трещин может быть определена следующими методами: максимального оседания слоя; затухания сдвижения с удалением от выработанного пространства. По способу максимального оседания слоя высота зоны водопроводящих трещин ^ЗВТ) определяется из соотношения:
Rзвт = 0,23тэф/1
Кр )
где тэф - эффективная мощность разрабатываемого слоя; екр - критическая деформация растяжения, находящаяся в пределах от 0,003 до 0,007 [3].
Минимальная мощность предохранительного целика для подземных выработок может быть вычислена по следующей зависимости [3]:
{ асж °сж: Л
Нк = ак ХЩу
'с.ж -е ь,п +е
сж яёУпЬ
где Нк - мощность предохранительного целика; ак -ширина подземных камер; р - коэффициент, учитывающий устойчивость подработанных пород; щ - коэффициент, учитывающий степень снижения устойчивости массива от обводнённости; <гсж - прочность пород на одноосное сжатие; ду„Л - напряжение в породах на данной глубине; /„ - объёмная масса; Л - глубина горных работ.
Отмеченное выше определяет необходимость постоянного контроля гидромеханического состояния пород в предохранительных целиках, оставленных для изоляции горных выработок от прорывов подземных вод. В состав мониторинга для таких участков
входят гидрогеологические наблюдения и специальные исследования. Гидрогеологические наблюдения включают обследования горных выработок на предмет наличия водопроявлений по скважинам, шпурам с измерением их расхода и отбор проб воды для химического анализа. В специальные исследования входят выпуски подземных вод из подошвенной части водного объекта, пневмоиспытания предохранительных целиков путём закачки воздуха через скважины. В обводнённых скважинах, вскрывших воду, фиксируются притоки и напоры, производятся выпуски с интерпретацией результатов опытных работ по существующим методикам [3]. Для определения проницаемости предохранительного экрана используется метод нагнетания воздуха через скважину с определением фильтрационных показателей пород по изменению давления и расхода. По полученным данным делается вывод о степени подработки целика, о существовании и формировании зон трещиноватости, в частности, во-допроводящих трещин. Подача воздуха в скважину производится из специальной ёмкости (баллона) со сжатым воздухом. Опытные работы по нагнетанию достаточно выполнять на одну ступень давления, находящейся в пределах 0,1-0,5 МПа. По характеру изменения напора определяется проницаемость породного экрана.
К примеру, для рудника «Интернациональный» пневмонагнетания выполняются в скважины длиной 10 м и диаметром 0,06 м. Для данных условий коэффициент фильтрации толщи целика вычисляется по формуле:
к =0,13
где к - коэффициент фильтрации; наклона по графику
(дф - тангенс угла
\П1 - (,
г = ■
(Р - Рк )(Рое + Рк )
) - график изменения
(Р + Рк )(Рое - Рк У давления; р - давление на контуре (сфере); рк - контурное давление; рос - начальное давление газа в системе.
При таких экспериментах нет необходимости измерять расход газа, а достаточно только оценивать динамику изменения давления. Кроме того, в процессе опытов необходимо фиксировать: начальное давление воздуха в ёмкости и в системе «ёмкость-скважина»; длительность опыта; температуру нагнетаемого воздуха и пород. Для условий алмазодобывающих рудников продолжительность опытных исследований составляет 1-3 ч. Замеры давления производят через каждые 5-15 мин. Преимущество данной технологии экспериментов и используемой методики исследований заключается в их мобильности.
Результаты исследований по гидрогеомеха-ническому мониторингу
В течение уже нескольких лет выполняются исследования гидрогеомеханического состояния предохранительных целиков на подземных рудниках АК «АЛРОСА». На руднике «Интернациональный» на горизонте -145 абс. м произведено бурение гидрогеологических скважин глубиной 40 м на 9-й коллектор МИВК, сооружена сеть пневмоиспытательных скважин, по которым выполнен ряд опробований. В ре-
зультате наблюдений установлено, что в выработках данного интервала водопроявления в стенках, кровле и почве отсутствуют. Отмечаются конденсационные явления, вызванные разницей температур воздуха и горных пород, приводящие к запотеванию стенок и кровли горных выработок, а также к увлажнению отложений. Химический анализ проб воды из скоплений на почве выработок показывает, что раствор имеет техногенный характер и не связана с рассолами МИВК.
По результатам исследований установлено, что породы кровли рудного целика в районе расположения опытных скважин характеризуются как низкопроницаемые (табл. 2). Оценка величин коэффициентов фильтрации пород позволяет контролировать изменение проницаемости толщ и возможность поступления рассола в подземные выработки по разрывным нарушениям, а также охарактеризовать напряжённо-деформированное состояние массива при ведении горных работ. Анализ коэффициентов фильтрации по данным пневмоиспытаний пород кровли показывает незначительные изменения их значений. Практически проницаемость предохранительного целика остаётся ниже 0,001 м/сут, что характеризует его как водоупор. Отчасти на такие показания повлиял и тот факт, что в исследуемый период горнопроходческие работы на горизонте не проводились и в настоящее время дренажная выработка находится на консервации. Продолжение горных работ на верхних горизонтах рудника будет осуществляться позднее с убыванием запасов руды на глубокозалегающих интервалах разреза. Таким образом, по полученным результатам исследований защитный породный экран имеет низкую проницаемость и не имеет водопроводящих трещин, рассолы из водного объекта (МИВК) в подземные выработки не поступают.
Результаты исследований, выполненных на руднике «Айхал», показали, что вскрытый скважинами предохранительный целик не содержит воду, а коэффициенты фильтрации пород составляют сотые и тысячные доли м/сут (табл. 3). Отметим, что испытаниями не выявлен факт скачкообразного увеличения фильтрационных свойств предохранительного целика. Величины проницаемости пород далеки от характерных показателей зоны фильтрующих трещин с мини-
мальными значениями 1 м/сут. Следовательно, предохранительный целик от водного объекта затронут только локальными водопроводящими трещинами. Средний коэффициент фильтрации составил 0,01 м/сут и не превысил прогнозных значений. Исследования охранной зоны свидетельствуют, что идёт медленный процесс сдвижения толщ над очистным пространством (проницаемость массива растёт). Таким образом, обязательным условием обеспечения безопасности подземных работ на руднике является продолжение опытных исследований по оценке состояния толщи предохранительного экрана.
В настоящее время строительство подземного рудника «Мир» и дальнейшая отработка алмазоносной трубки осуществляются под водным объектом, находящимся в режиме «сухой» консервации (см. рис. 1). Ежегодно из водоотливной штольни карьера откачивается и на полигоне ОПУ удаляется в МИВК около 10 млн м3 дренажных рассолов. Прекращение откачки стоков из карьера приведёт к подъёму их уровня с повышением давления в гидродинамической системе, что осложнит условия отработки подкарьерных запасов месторождения. Надёжность эксплуатации рудника связана, в большей мере, с состоянием предохранительного целика под дном карьера. Гидрогеомеха-нический мониторинг производится из подземных выработок на отметке -210 абс. м. В составе опытных работ предусмотрены пневмоиспытания перекрывающей толщи и выпуски рассолов из восстающих скважин глубиной 25 м для оценки экранирующих свойств породной засыпки на полотне карьера и плёночного экрана.
В результате исследований, проведённых в 2009 г., установлено, что породы рудного целика в районе расположения опытной камеры К-2' характеризуются как низкопроницаемые. Бурение скважин выявило, что из 20 м породного экрана 17 м не обводнены. Оставшийся интервал показывает только капёж из пород с интенсивностью первых мл/мин, т.е. коэффициенты фильтрации рудного целика под дном карьера в районе расположения камеры в настоящее время < 0,001 м/сут. Поэтому, в соответствии с [4], породы экрана в отметках -190 ... -210 абс. м на участке испытаний можно отнести к относительно водоупорным. Обработка результатов опытных выпусков по скважинам
№ сква- С, Время проведения испытаний (месяц, год)
жины м 11. 2007 02. 2008 07.2008 01.2009 04.2009 09.2009
1Н г 10 7-10"4 8-10"4 9-10"4 - - 9-10-6
4Н Г 10 - - - - - 2,410-6
7Н Г 10 - - - 1,510-5 1,3-10"6 1,810-5
13Н Г 10 - - - 2,2-10"5 - 4,210-6
15Н Г 10 - - - 4,0-10"6 4,0-10"' 0.0
17Н Г 10 - - - 8,0-10"6 8,0-10"' 3,510-6
20Н | 10 - - - 1,0-10"6 1,510-6 1,710-6
Таблица 2
Значения коэффициента фильтрации пород (м/сут) предохранительного целика по результатам пневмоиспытаний на руднике «Интернациональный» (гор. -145 абс. м)
Таблица 3
Значения коэффициентов фильтрации пород (м/сут) предохранительного целика по результатам пневмоиспытаний на руднике «Айхал»
№ скв Длина скв., м Направление бурения Абс. отм., м Время проведения испытания (месяц, год)
07. 2006 09. 2006 03. 2007 07. 2007 11. 2007 05. 2008 09. 2008 05. 2009 09. 2009
1н 10 вверх 177,9 2,510-3 2,510-3 5,510-3 7,310-3 2510 -3 510-2 1,51 0-2 410-2 3,1102
2н 5 вверх 172,9 1,610-4 1,410-3 1,810-3 1,410-3 110-3 910-4 4410 -4 2,6103 4,2103
5н 5 вверх 177,1 610-5 210-4 1,510-5 3,510-3 310-3 2,710-3 210-3 1,6103 2,3103
7н 12 вверх 185,0 610-5 1,610-3 4,510-3 4,410-3 410-3 5,610-3 4,31 0-3 0,04 0,04
8н 5 вверх 178,0 1910-3 2310-3 46 10-3 1910-3 1091 0-3 1510-3 - - -
10н 10 вверх 182,8 11-10-3 910-3 12,5103 6,310-3 4,310 -3 1510-3 4,51 0-3 0,019 0,021
11н 5 вверх 179,2 0,02 2210-3 0,03 1510-3 2210 -3 2210-3 810-3 3,6103 3,7103
12н 10 вниз 161,6 3,310-3 3,810-3 - - - - - - -
14н 5 вверх 180,7 710-4 3,610-3 1,710-3 1,110-3 9,51 0-4 210-3 3,31 0-3 3,5103 3,4103
15н 5 вниз 168,7 2,610-3 2,310-3 1,810-3 1,610-3 1,31 0-3 1,510-3 - - -
показала низкую проницаемость рудо-породной отсыпки на обследованном участке полотна карьера. Коэффициенты фильтрации донных отложений составляют сотые доли м/сут. Этот результат представляется важным, так как исследуемый участок отсыпан породной подушкой и по технологическим причинам не покрывался пленочным экраном.
В ходе пневмоиспытаний вмещающих пород по скважинам глубиной 10,6 м установлено, что их коэффициенты фильтрации составляют 0,00022 (восстающая) и 0,00012 м/сут (нисходящая скважина). Поэтому по результатам оценки породный целик на исследованном участке имеет низкую проницаемость, не имеет водопроводящих трещин и характеризуется как относительный водоупор. Приведённые выше результаты гидрогеологического мониторинга на руднике носят точечный характер, однако они позволяют сделать вывод, что в настоящее время предохранительный экран выше горизонта -210 абс. м находится в удовлетворительном состоянии и отвечает границе безопасного ведения подземных работ под водным объектом (карьером «Мир»).
Представленная методика и испытанная технология проведения специальных гидрогеологических исследований в АК «АЛРОСА» при отработке глубоких горизонтов алмазных месторождений Якутии дают объём информации, необходимый для оценки фильтрационных свойств пород предохранительных целиков от водных объектов в оперативном режиме. Результаты опытных работ подтвердили основные и прогнозируемые показатели подрабатываемых природных и техногенных экранов. Изучаемые толщи горных
пород в гидрогеомеханическом плане структурированы. По полученным фактическим материалам формируется картина о сложившейся гидрогеологической обстановке на конкретный период, выполняется прогноз на предстоящие годы для ведения подземных работ под не осушенным МИВК (рудник «Интернациональный»), под обводнёнными карьерами с песчано-глинистыми образованиями на дне (рудники «Мир», «Айхал», «Удачный»).
По опыту исследований на руднике «Интернациональный» в настоящее время опасность прорыва рассолов МИВК в горные выработки отсутствует, ежегодно продолжается выполнение гидрогеомеханического мониторинга. Результаты выполненных опытно-фильтрационных опробований на руднике «Айхал» позволяют сделать следующие основные выводы. Совместный анализ результатов испытаний показал, что предохранительный экран затронут зоной локальных трещин. Однако вовлечение барьерного целика в зону плавного прогиба или в зону локальных трещин не нарушает условий безопасного ведения горных работ под водным объектом. В соответствии с разработанной классификацией категорийности [3] подземные работы на данном руднике проводятся в относительно благоприятных условиях. Угрозы резкого роста водопритоков в подземные выработки и осложнения горнотехнических условий отработки подкарьерных запасов месторождения за счёт увеличения их обводненности в настоящее время не существует.
Строительство и эксплуатация подземного рудника «Мир» производится под водным объектом, представленным огромной массой дренажных стоков на
дне карьера. В соответствии с принятыми решениями проходка горных выработок и ведение подземных работ осуществляется под защитой породного целика и системы «сухой» консервации. Обследованный участок рудного тела под осыпью находится в благоприятных гидродинамических условиях. Состояние остальных участков предохранительного экрана, перекрытого дренажным слоем из крупнообломочных до-
леритов, пленочным покрытием и глинистой прослойкой, требуют дополнительного изучения в плане их изолированности от подошвы водного объекта. Основой безопасности добычных и подготовительных работ на подземном руднике, помимо выполнения требований существующих нормативных документов, является дальнейшее масштабное проведение исследований гидрогеомеханической направленности.
Библиографический список
1. Временная инструкция по определению размеров предохранительного целика под водоносными горизонтами и водоёмами при отработке системами с твердеющей закладкой. Кривой Рог: Изд-во НИГРИ, 1988. 58 с.
2. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 507 с.
3. Методическое руководство определения границ зон, опасных по прорывам воды в горные выработки на месторождениях алмазов АК «АЛРОСА» / Н.П. Крамсков [и др.]. Белгород, 2005. 101 с.
4. СНиП 2.06.14-85. Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстрой России, 1998. 40 с.
