CC BY
31
----------------------------- © А.Д. Сашурин, В.Ю. Сайтбурханов,
2007
УДК 622
А.Д. Сашурин, В.Ю. Сайтбурханов
ПРОБЛЕМЫ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ *
Семинар № 11
Под обеспечением геодинами-ческой безопасности разработки месторождений чаше всего подразумевается решение проблем, связанных с динамическими формами проявления горного давления - горными ударами всех видов от стреляния до горно-тектонических ударов и даже техногенных землетрясений. Безусловно, горные удары относятся к разряду важнейших факторов, оп-ределяюших безопасность горного производства. Но они далеко не полностью исчерпывают всех форм катастрофических явлений, обусловленных современной геодинамикой.
Практика проведения фундаментальных исследований современных геодинамических движений и решения на их основе проблем предот-врашения природно-техногенных катастроф на широком спектре объектов недропользования свидетельствует, что современные геодинамические движения имеют весьма разнообразные и специфичные формы проявления, порождаюшие много других аварийных и катастрофических ситуаций, не связанных с горными ударами.
Исследованиями последних десятилетий выделены два вида совре-
менных геодинамических движений, оказывающих воздействие на сооружения горнодобывающих предприятий и другие объекты недропользования: трендовые и цикличные. Трендовые движения сохраняют на относительно длинных промежутках времени, сопоставимых со сроками службы объектов, направление и скорость смещения. Цикличные геодина-мические движения имеют знакопеременные направления и широкий спектр частот с продолжительностью циклов от нескольких минут до нескольких часов, месяцев и более. Оба вида современных геодинамических движений концентрируются на структурных нарушениях иерархически блочного массива горных пород.
Экспериментальные данные о максимальных значениях длиннопериодных и трендовых движений, полученные с использованием технологий спутниковой геодезии GPS, на ряде горнодобывающих предприятий и на урбанизированных территориях крупных градо-промышленных агломераций, приведены в табл. 1.
Параметры максимальных амплитуд цикличных короткопериодных движений и вызванных ими деформа-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ и Совета по грантам Президента РФ
Таблица 1
Экспериментальные значення параметров современных длнннопернодньх и трендовых геодннамнческнх движений
Исследуемый объект (вид наблюдений) Вид движений Максимальные смешения, мм Максимальные деформации, 1*10-3
горизон тальные верти- кальные горизон- тальные верти- кальные
1. г. Ясный, Киембаев-ский карьер (периодические) Цикличные длиннопериодные и трендовые 335 113 0,06 0,04
2. г. Железногорск-Илимский, Коршуновский карьер (периодические) Цикличные длиннопериодные и трендовые 629 600 1,20 0,29
3. п. Сараны, Пермской обл., мониторинг положения радиорелейной мачты (периодические) Цикличные длиннопериод- ные 48 28 0,24 0,14
4. г. Хромтау, Казахстан, шахта Десятилетия Независимости Казахстана (периодические) Трендовые 231 74 0,85 0,14
5. г. Н. Тагил, территория города (периодические) Цикличные длиннопериод- ные 35 - - -
6. г. Екатеринбург территория города (периодические) Цикличные длиннопериод- ные 107 - - -
ций, полученные путем проведения непрерывных наблюдений технологиями спутниковой геодезии GPS, приведены в табл. 2.
Таким образом, данные табл. 1 и 2 свидетельствуют, что на многих предприятиях, расположенных в различных районах, имеет место достаточно высокий уровень современных геоди-намических движений и вызванных ими деформаций, сопоставимый с предельными значениями деформаций, регламентируемыми действующими нормативами.
Проблемы геодинамической безопасности актуальны для всех горнодобывающих предприятий Высокогорского ГОКа в связи со сложностью тектонического строения территории г. Нижнего Тагила, в черте которого они ведут добычу. Но особенно акту-
альны эти проблемы на шахте Магне-титовой, разрабатывающей Высокогорское месторождение магнетитовых
руд.
На рис. 1 приведена схематическая геологическая карта Высокогорского месторождения, на которой показаны основные тектонические нарушения, выявленные в процессе его многолетней эксплуатации. Параметры короткопериодных цикличных геодинамических движений, приведенные в табл. 2, характеризуют гео-динамическую активность двух основных тектонических нарушений на месторождении сброса-сдвига Главного и взброса-сдвига Среднего.
Высокий уровень геодинамической активности всего района месторождения и концентрация движений и деформаций в зонах тектонических
Таблица 2
Экспериментальные значення параметров современных цикличных короткопериодных геодинамическнх движений
Исследуемый объект (вид наблюдений) Вид движений Максимальные смешения, мм Максимальные деформации, 1*10-3
горизон- тальные верти- кальные горизон- тальные верти- кальные
1. г. Сургут, аварийный участок нефтепровода (непрерывные) Цикличные короткопериодные 47 108 1,17 2,69
2. г. Сургут, аварийные участки подземного канализационного коллектора (непрерывные) Цикличные короткопериодные 57 92 1,03 1,46
3. г. Каменск-Уральский, активизация карстовых провалов в жилой зоне (непрерывные) Цикличные короткопериодные 8 22 0,08 0,37
4. г. Еманжелинск, активизация карстовых провалов под газопроводом Бухара-Урал (непрерывные) Цикличные короткопериодные 38 63 0,18 0,17
5. г. Хромтау, Казахстан, шахта Десятилетия Независимости Казахстана (непрерывные) Цикличные короткопериодные 15 31 0,09 0,22
6. г. Н.Тагил, шахта Магнетитовая, процесс сдвижения (непрерывные) Цикличные короткопериодные 8 33 0,98 0.16
7. г. Н. Тагил шахта Естюнинская, процесс сдвижения (непрерывные) Цикличные короткопериодные 28 61 0,16 0,36
нарушений порождают ряд серьезных проблем в обеспечении безопасности, как самих горных работ, так и окру-жаюших объектов городской инфраструктуры.
Серьезные осложнения геодина-мическая подвижность тектонических нарушений создает при обеспечении безопасности жилых и обшественных зданий г. Нижнего Тагила, расположенных в висячем боку месторожде-
ния. Находясь за пределами границы опасных сдвижений, многие здания, расположенные на выходах тектонических нарушений на земную поверхность, получили локальные концентрированные нарушения, вызванные подвижками по тектоническим нарушениям (рис. 2).
Геодинамическая активность тектонических нарушений в сочетании с изменением гидрогеологической
обстановки в ходе ведения горных работ вызывает активизацию суф-фозионных процессов в карстах, провоцируя вынос заполняюшего их мелкодисперсного материала. В 2003 г. над одним из таких карстов, залегающих вблизи Главного карьера, развился процесс сдвижения, нарушивший железную дорогу, соединяюшую промплошадку ГОКа с внешним миром. Для ее восстановления пути были вынуждены вынести за границу зоны сдвижения от образовавшихся карстовых пустот.
Постоянные осложнения возникают при заполнении отработанного Главного карьера хвостами обога-шения. Гидравлическая связь выработанного пространства карьера с горными выработками шахты, обу-
словленная подвижностью тектонических нарушений в массиве горных пород разделительного целика, приводит к прямому перепуску воды, поступаюшей в карьер с хвостами, в горные выработки шахты. Кроме того, нарашивание объемов хвостов в карьере и увеличение гидравлического перепада относительно выработок шахты ведет к возрастанию риска аварийного прорыва вод и хвостов в шахту.
Таким образом, выявленный уровень современной геодинамической активности района Высокогорского месторождения и вызванные ею аварийные ситуации свидетельствуют о необходимости учета этого фактора при решении разнообразных проблем обеспечения безопасности горных работ и окружаюших
Рис. 2. Деформирование жилого дома, расположенного на тектоническом нарушении
объектов. Для обоснованного решения этих проблем на месторождении проводится обширный комплекс исследований, включающий геодезический мониторинг изменений напря-
женно-дефор-мированного состояния и геофизические исследования структурных особенностей массива горных пород в районах охраняемых объектов.
— Коротко об авторах------------------------------------------
Сашурин А.Д. - ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург,
Сайтбурханов В.Ю. - ОАО «Высокогорский ГОК», г. Нижний Тагил.
А
