CC BY
35
СИМПОЗИУМ «СОВРЕМЕННОЕ ГОРНОЕ ДЕЛО; ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
МОСКВА, ШГГУ 29.01.96 - 2.02.96 г
В. А. ДУНАЕВ
Н.Т. Р Я ГУ ЗОВ С.С. СЕРЫЙ НИИ ВИОГЕМ
Михаиловское железорудное месторождение расположено в западном крыле субмеридиональной, одноименной синклинали, которая осложнена, складчатостью более высоких порядков и разрывными нарушениями. Карьером отрабатываются наиболее крупная Веретенинская залежь богатых руд и подстилающие железистые кварциты курской серии. Годовая производительность карьера по добыче богатых руд - 10 млн.т, железистых кварцитов - 30 млн.т. Проектные размеры карьера по поверхности составляют: длина 6800 м, ширина 3900 м, по дну - соответственно 4900 и 1700 м. Проектная отметка днища на конец отработки минус 400 м (600 м от поверхности), достигнутая глубина 220 м. Мощность вскрышных пород осадочного платформенного чехла колеблется от 40 до 180 м, составляя в среднем 90 м. Геометрия нижней 1"раницы зоны окисления весьма сложная. Средняя, глубина этой зоны 30-50 м, но местами по разломам достигает 150 - 200 м от поверхности докембрийско-го фундамента.
Еще в период разведки месторождения на участке Веретенинской залежи в толще железистых кварцитов установлены три субмеридиональные складки - Центральная антиклиналь. Западная и Восточная синклинали. Падение осевых плоскостей и крыльев складок восточное, в основном крутое (60-85°). Только западное крыло Западной синклинали имеет более пологое (45-55°) залегание. Шарниры складок погружаются к югу, причем угол погружения увеличивается от северного фланга месторождения и южному с 20-30 до 45-55. В складчатую структуру месторождения карьер вписывается следующим образом. Западный его борт вскрывает относитель-
Структурное районирование Михайловского железорудного месторождения в связи с устойчивостью откосов действующего карьера
но пологое западное крыло Западной син-
клинали, а восточный борт- крутопадающее противоположное крыло этой синклинали. Центральная часть карьера расположена в замке указанной: складки, а его южный торец подрезает сочленение Центральной антиклинали и Восточной синклинали, осложненное более мелкими складками.
Сложноскладчатая структура месторождения, дополненная многочисленными разрывными нарушениями, и неравномерное по глубине развитие процессов выветривания обусловили высокую анизотропию разрабатываемого горного массива. С целью уточнения структуры массива и районирования его по структурно-тектоническим особенностям авторами выполнено геолого -структурное картирование карьера Михайловского ГОКа. При этом задокументировано около 25 км стенок уступов, сделано 5000 замеров естественной блоч-ности пород и 2400 замеров элементов залегания пород и трещин.
В результате геолого-структурного картирования карьера и использования документации горных выработок подземного дренажного комплекса установлено, что в разведанных и вскрытых контурах Веретенинской залежи в толще железистых кварцитов складчатость высокого порядка проявлена очень широко и сугубо локально, что подтверждает ее генетическую связь с разломной тектоникой. Наиболее напряженная изоклинальная складчатость отмечается на южном фланге месторождения на участке замыкания Центральной антиклинали (профили 26-30), в восточном (профили 39-42) и западном (профили 46-48) крыльях Западной синклинали.
На этих участках складки высокого порядка, зафиксированные в количестве от 7 до 11 имеют северо-западное, либо северо-восточное простирание, падение осевых плоскостей и крыльев восточное под углом 50-80, ширина складок от 20-50 до 100-120 м. Картирование фрагментов осложняющей складчатости в карьере показало, что в пространственном ее размещении отсутствует определенная закономерность, она отмечается как в крыльях, так и в замковых частях основных структур; элементы залегания пород в складках высоких порядков и в основных структурах совпадают, следовательно, влияние осложняющей складчатости на устойчивость бортов откосов маловероятно при условии соответствия углов заоткоски углам падения пород.
Разрывные нарушения, кроме крупных региональных разломов установленных на этапе, разведки, развиты широко и представлены следующими системами: субмеридиональная (продольная), субши-ротная (поперечная) и диагональная (кососекущая) к простиранию складчатых структур. При картировании карьера задокументировано 20 продольных и 27 поперечно-диагональных нарушений, ранее не отмеченных на геологических планах. Продольная система нарушений имеет преимущественно ( за редким исключением) восточное падение и совпадает с направлением падения пород, углы падения составляют 60-85, мощность зон нарушений колеблется от 2-5 до 20-30 м, протяженность от 500 до 1200 м, зоны сопровождаются дроблением, интенсивной трещиноватостью пород, иногда с развитием бурой глинисто-дресвяной массы. Влияние их на устойчивость бортов карьера незначительное в восточном борту, где они падают в массив, и локальное - в западном борту, когда угол заоткоски уступа больше падения зоны нарушения. Система поперечных и диагональных нарушений как операющая к главным субмеридиональ-ным разломам проявлена отчетливо и широко, особенно в восточном борту. Характерными признаками этой системы являются легко фиксируемые зоны линейного окисления кварцитов различной мощности, сопровождаемые интенсивной трещи-
новатостью пород в частом сочетании с их раздробленностью, разлинзованностью, с обилием бурых гидроокислов. Падение поперечных нарушений крутое в пределах 70-85 или вертикальное. Видимая протяженность наиболее крупных нарушений достигает 250-300 м, средних - 100-150 м, мелких 30-60 м. Иногда вдоль поперечных и диагональных нарушений отмечаются гладкие поверхности скольжения в несколько десятков . квадратных метров с нечетко выраженными бороздами скольжения. Влияние нарушений поперечной и диагональной ориентации на устойчивость откосов сказывается только в случае возникновения клиновых деформаций, что отмечается довольно редко, чаще их влияние выражается в развитии зон интенсивной трещиноватости и линейных зон окисления, проникающих на значительную глубину, что создает плоскости ослабления в горном массиве, а на уступах карьера образуются разной величины осыпи.
Строение горного массива в значительной степени осложняет площадная и линейная кора выветривания, развитые первая - на головах пачек железистых кварцитов, вторая - уходящая на разные глубины по разломам. В разрезе площадной коры выветривания на стадии разведочных работ выделены три зоны снизу вверх: первая
- зона дезинтеграции массива имеет мощность до 30 м (средняя 8-10 м) и представлена полуокисленными железистыми кварцитами, содержащими железа магне-титового 10-16%. Они полностью сохраняют текстурно-структурные признаки не-окисленных кварцитов, их прочностные свойства (стсж = 120-240 МПа). Изменения выражены только частичной мартитиза-цией магнетита, разложением силикатов и ослаблением межблоковых связей по плоскостям трещин. Вторая зона сложена окисленными маршалитизированными кварцитами.Ее средняя мощность составляет 30-40 м, максимальная в зонах разломов достигает 170 м и более, прочность пород снижается до 50-110 МПа, содержание железа магнетитового не превышает 10%.
80 м, средняя 13-15 м. Подошва залежи богатых руд крайне изменчивая, извилистая, зубчатая, ступенчатая, с множеством пиков окисленных кварцитов и межцеликовыми языками богатых руд сложной конфигурации в плане. Значение прочности на сжатие богатых руд изменяется от 2 до 47 МЛа.
На устойчивость откосов карьера в зоне выветривания влияние оказывают: прежде всего неоднородность состава пород, большие различия в их прочностных и физико-механических свойствах, сложная геометрия контуров, невыдержанная мощность. Рыхлая часть коры выветривания в бортах откосов чаще всего подвержена оползневым явлениям и осыпям.
В свете изложенных основных особенностей строения горного массива структурное районирование Михайловского месторождения приобретает исключительную актуальность в контексте проблемы управления устойчивостью бортов глубокого карьера. Районирование месторождения выполнено с учетом следующих факторов: залегание пород относительно направления борта карьера, физическое , „ состояние (степень выветрело-
Рис. 1. План структурно-тектонического районирования горного массива . г
Михайловского месторождения КМА СТИ) ПОрОД, ИНТСНСИВНОСТЬ Тре-
1 - направление погружения шарнирной плоскости синклинали, 2 - ЩИНОВЭТОСТИ наличие ПООТЯ-направление погружения шарнирной плоскости антиклинали; 3 - про- ’ „ * -
дольный региональный разлом первого порядка; А - продольный ЖеННЫХ ПОВерХНОСТеЙ ОСЛаОЛе-
разлом второго порядка; 5- зоны интенсивной трещиноватости и НИЯ В МЗССИВе И Элементы ИХ За~
окисления кварцитов вдоль разломов третьего и более высокого по-
рядков; 6 - элемента залеганий: а)-слоистости; б)-плоскостей нару- ЛвганИЯ. 11рИ ЭТОМ ВЫДврЖИВа-шений; 7 - контур кварцитного карьера; а - фактический; б - предель- диСЬ общепринятые КИИТеОИИ: ный; 8 - границы структурных блоков; 9 - линии разведочных профи ^ К V
лей; 10-преобладающие системы трещин: 1 - продольная по слоисто-ПОСТОЯНСТВО ОрИеНТИрОВКИ ООр-сти пород; 2 - поперечная вкрест простирания слоистости; 3 - попе- тов карьера В Пределах ВЫДелвН-речная по нормали к направлению падения слоистости пород. <£
В кружках римскими цифрами обозначены номера структурных бло- НОГО ОЛОКа И его относительная
Третья зона представлена рыхлыми и сцементированными карбонатами остаточными богатыми железными рудами и залегает непосредственно на окисленных кварцитах под отложениями платформенного чехла. Мощность зоны изменяется от 0 до
структурно-литологическая однородность. Всего выделено шесть блоков (Рис. 1). Элементы залегания основных систем трещин и блочность массива в каждом из них показаны в таблице.
Таблица
ХАРАКТЕРИСТИКА СТРУКТУРНЫХ БЛОКОВ МИХАЙЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Номер структурного блока Относительная ориентировка простирания пород и уступов карьера Азимут (А) и угол (В) падения пород, град. Системы трещин Среднее значение азимута (А) и угла (В) падения трещин, град. Среднее расстояние между трещинами, м Средний размер блока в массиве, м
А В А В
6-І Полностью 70-85 45-55 1 75 50 0,35 0,44
совпадают 2 180 60 0,48
3 28 80 0,46
4 292 35 0,50
Б-ІІ Совпадают 60-90 80-85 1 65 85 0,36 0.53
под острым 240-260 85-88 1 250 86 0,36
углом ме- 2 135 75 0,52
нее 30° 3 310 80 0,58
4 250 10 0,61
Б-ІІІ Под углом 70-85 60-70 1 67 70 0,33 0,42
80-90° 2 332 60 0,49
3 158 75 0,52
4 252 15 0,44
Б-ІУ Совпадают 76-90 60-75 1 85 72 0,51 0,54
за исключе- 2 350 60 0,59
нием торце- 3 170 75 0,58
вых участ- 4 265 35 0,52
ков борта
Б-У Под углом 90-120 55-80 1 100 70 0,35 0,45
45-50° 2 20 75 0,34
3 165 70 0,46
4 272 30 0,55
БЛ/И Под углом 100-120 70-85 1 100 73 0,30 0,35
60-90° 2 335 62 0,33
3 154 70 0,51
4 240 20 0,45
БЛ/1-2 Совпадают 60-70 75-85 1 60 83 0,41 0,47
2 302 75 0,40
3 120 70 0,58
1 4 220 10 0,50
Первый Блок (1) - моноклиналь в западном крыле Западной синклинали, сложена кварцитами первой, второй и третьей
орс
)ОК
пачек нижнеи подсвиты корооковской свиты Курской серии. Простирание пачек совпадает с направлением борта карьера, падение слоистости кварцитов восточное в сторону карьерной выемки под углом 45-55. Верхняя и нижняя границы окисленных кварцитов в блоке зафиксированы на отметках соответственно +90-110 - ±0 м на широте разведочных профилей 42-48 и+90
- 20 м на участке профилей 50-58. Основным фактором устойчивости бортов откосов карьера являются плоскости ослабления (1 система трещин) по слоистости кварцитов, а также зоны сближенных тре-
щин вдоль продольных разрывных нарушений, падающих в карьер. Заоткоска уступов западного бор- та, выполненная под углом падения пород, обеспечивает устойчивость откосов на длительный период. Системы трещин 2,3,4 (см. рис.) и поперечно-диагональные нарушения падают в массив и влияние их на устойчивость откосов незначительное, они обусловливают общую блочность пород в массиве, форма и размер которой определяется расстоянием между трещинами этих систем. Средний размер естественной отдельности составляет 0,44 м, в том числе по ортогональным системам трещин 0,35-0,48-0,50 м.
В зоне окисления геометрия и ориентировка естественной блочности остается такой же как и в массиве неокисленных кварцитов, однако размерность блочности и прочностные свойства пород снижаются за счет преобразования слюдистых прослоев в охристо - глинистый агрегат и маршали-тизации кварцевых прослоев.
Второй блок (II) - расположен в восточном борту карьера в висячем боку месторождения. Породы залегают моноклинально, падение пластов кварцитов крутое к востоку или западу под углами 80-88 или вертикальное. Простирание пластов совпадает с направлением бортов уступов или уступы срезают пласты под очень острым углом. Массив крупноблочный. Максимальная густота трещин отмечается по слоистости пород. Трещины этой системы являются определяющим фактором, влияющим на устойчивость откосов карьера. При падении системы в сторону карьерной выемки заоткоска бортов должна выполняться под углом ее залегания. Из других факторов необходимо отметить широко развитую в восточном борту карьера систему поперечных крутопадающих трещин протяженностью на 1,5-2 уступа. Расстояние между трещинами колеблется от 10 до 45 м, иногда наблюдается их сгущение до 2-4 м. Направление падения трещин как северное, так и южное. На отдельных участках при встречном их падении образуются крупные клиновые блоки, создающие ослабленные участки в массиве. Сейсмическая устойчивость таких клиньев обеспечивается в основном за счет их больших размеров, охватывающих полностью один
- два уступа. На участках сгущения трещин и вдоль поперечных разрывных нарушений, сопровождающихся зонами окисления, наблюдаются локальные осыпи и деформации уступов. При углах падения кварцитов 80-85 в массив и углах заотко-ски уступов 75о наблюдаются на верхней бровке уступов крупноблочные заколы и обрушение их, особенно в зоне окисленных кварцитов, где межблоковые связи по трещинам ослаблены. На таких участках угол заоткоски необходимо выдерживать в пределах 65-70.
Третий блок (III) - северный торец кварцитного карьера между разведочными профилями 58-62. Падение кварцитов северо-восточное под углом 60-70, борт карьера срезает пачки пород под прямым углом. Массив среднекрупноблочный. На устойчивость откосов влияет система поперечных трещин скола, крутопадающих в карьер под углом 60-75. Размер блока по этой системе трещин составляет 0,45-0,50 м. Системы трещин ориентированные по слоистости пород падают в массив и но влияют на устойчивость откосов. Деформации уступов в этом структурном блоке наблюдаются вдоль зон продольных разломов и выражены образованием осыпей. Длительная устойчивость торцевого борта карьера может быть обеспечена путем за-откоски уступов под углом залегания системы поперечных трещин, падающих в сторону карьерной выемки.
Четвертый блок (IV) - расположен между блоками I и И, в центре карьера и охватывает осевую часть Западной синклинали. Блок сложен неокисленными кварцитами, простирается в меридиональном направлении ( профили 42-58), вскрытая карьером часть блока находится на отметках +30 и - 15 м. Ширина блока составляют 250 -300 м на севере, 400-500 м на юге. Массив крупноблочный, размер отдельностей по системам трещин составляет 0,51 - 0,59 - 0,52 м, средний 0,54 м. В западной и восточной границах блока простирание пород и направление бортов уступов совпадают. Породы падают к востоку под углом 60-75. В этом блоке отчетливо выражены все факторы устойчивости бортов, характерные для блоков I -III. В западном борту блока таким фактором является система трещин отслоения по слоистости кварцитов, падающая в карьер под углом 60-70 в восточном борту - система трещин нормальная к направлению падения слоистости пород, направленная в сторону карьера под углом 25-35; в северном торце карьера - поперечные крутопадающие в карьер трещины скола, перпендикулярные к простиранию пород. Поперечные разрывные нарушения здесь выражены менее отчетливо.
Вдоль продольного разлома в осевой части синклинали развиты моноблочные метасоматически измененные кварциты с размером блока в массиве до 2-2,5 м устойчивые в бортах.
Пятый блок (У) - находится в южной торцевой части центрального карьера между разведочными профилями 38-42. Структурно блок приурочен к замковой части Западной синклинали и является южным продолжением блока IV, разница состоит в том, что ширина блока V составляет порядка 750-800 м и он охватывает частично крылья синклинали, кроме того напластование пород здесь и направление бортов уступов не совпадают по всему фронту горных работ. Простирание пачек кварцитов субмеридианальное, падение по азимуту 90 - 120° под углом от 50-55° в западной части блока до 70-85 в восточной. В центральной части блока восточное крыло синклинали осложнено складчатостью высоких порядков. Разрывные нарушения преимущественно продольные и кососекущие падают на восток или юго - восток под углом 70-75, мощность зон разломов 8-15 м, в зонах отмечается интенсивная трещиноватость (размер блока 0,1-0,15 м) и линейное окисление пород до отметок минус 120-200 м. Размер естественного блока в массиве, в среднем по всем системам, 0,45 м. Наибольшее влияние на устойчивость бортов уступов карьера оказывает система продольных трещин отслоения, ориентированная по слоистости кварцитов и падающая в сторону карьера, по этой системе трещин необходимо выполнять заоткоску бортов. Поперечные нормальносекущие системы трещин падают в массив и на устойчивость бортов не влияют. Зона окисления в блоке У имеет отметки в профиле 39 от+75 м до -120 м, в профиле 42 от+105 м до 0 м.
Шестой блок (VI) - охватывает сложноскладчатый южный фланг месторождения, где вскрыт карьером до отметки +60 м. В восточной части блока проходит зона продольного регионального разлома, которая разделяет блок на две части: западную - сложноскладчатую и восточную -залегающую моноклинально.
Западный подблок VI-! структурно приурочен к сочленению замковых частей Центральной антиклинали и Восточной синклинали. Сложно-складчатое строение западного подблока обусловлено широким развитием в замках структур складчатости высоких порядков, многочисленных продольных и диагональных нарушений.
Простирание пачек железистых кварцитов изменяется от северо- западного (300-340о) до северо-восточного (30-45о), углы падения 70-85 к северо-восто-ку, востоку и юго-востоку. Тектонические нарушения по отношению к складчатым структурам занимают косо - секущее положение и ориентированы субмеридианаль-но или в северо- западном направлении, падение их под углом 85-90^, мощность зон нарушений 15-35 м, размер блока в массиве 0,35 м. В подблоке VI-!, где борт карьера ориентирован по нормали к простиранию структур, на устойчивость бортов уступов влияние оказывают поперечные крутодадающие трещины отрыва, падающие в карьер, а также продольные зоны окисления, создающие поверхности ослабления в массиве. Влияние складчатости высоких порядков на устойчивость откосов не установлено.
Крупноблочные и средне-крупноблочные участки с размером блока 0,45-
0,55 м отмечаются в местах проявления щелочного метасамотоза. Зона окисления в подблоке У1-1 отработана.
Подблок У1-2 - крутонаклонная моноклиналь, азимут падения пород 60-75, угол падения 70-85, осложняющая складчатость отсутствует, простирание пород и направление бортов уступов карьера совпадают. Наиболее интенсивно проявленная система трещин по слоистости пород падает в массив. Деформации откосов в виде осыпей отмечаются вдоль поперечных разрывных нарушений и в зоне глубинного продольного разлома. Устойчивость бортов зависит от блочности массива.
Структурная блокировка горного массива, выполненная на уровне современной поверхности карьера, остается правомерной и на предельных его контурах, так как основные структурные особенности этого массива в этом диапазоне глубин сколько-нибудь существенно не меняется. Исключение составляет мощная зона окисления на верхних горизонтах, в пределах которой при тех же структурных особенностях массива резко изменяются в сторону снижения показатели прочностных свойств пород, сцепление элементарных блоков, возрастает блочность массива окисленных кварцитов и анизотропия массива в целом.
Устойчивость откосов в зоне окисления приобретает более многофакторный
характер и зависит как от структуры массива и его блочности, так и от степени вы-ветрелости и однородности состава пород. Тем но менее ведущим фактором устойчивости откосов остается структурный, достаточно полно отраженный при характеристике структурных блоков.
Предложенная схема районирования Михайловского месторождения по структурно-тектоническим критериям и степени нарушенности массива может служить основой для инженерных расчетов по заотко-ске бортов карьера в проектном контуре и в целях совершенствования технологии ведения буровзрывных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии. Т.1, -М:,Недра, 1970. - 459 с.
2. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. /Под ред. Н.В.Мельникова, В.В.Ржевского, М.М.Протодъяконова/-М., 1975. - 279 с.
3. Невский В.А. Трещинная тектоника рудных полей и место - рождений. - М.: Недра, 1979. - 224 с.
© В.А.Дунаев, Н.Т.Рягузоа, С.С.Серый
новости КОМПЬЮТЕРНОГО ПИРЯ
Программы, которые могут быть полезны пользователям, занимающимися проблемами математического анализа.
MathCad 5.0
Программа позволяет решать различные уравнения, брать производные, интегралы, упрощать уравнения, а также многое другое. Недостатком является необходимость поиска европейской локализованной версии, из-за несоответствия единиц измерения. { Программа не будет работать, если в Windows в качестве страны не будет указаны США или Канада)
Statistica for Windows w/5.0
Располагает мощнейшим аппаратом математического анализа, импортирует текстовые файлы, строит графики и диаграммы.
Недостатком является вывод только одного конечного уравнения, без списка близких по коэффициенту корреляции.
'ГаЫ Cyrv
Позволяет получать графики и уравнения по предложенным статистическим данным и имеет те же возможности, что и Statistica for Windows w/5.0, но в отличии от нее не импортирует текстовые файлы, хотя выводит весь список полученных уравнений.
