Гидрогеологические и инженерногеологические особенности разработки Яковлевского железорудного месторождения

Зайцев Д.А., Кирилов А.Н.

Яковлевское месторождение расположено в 30 км к северо-западу от г. Белгорода, у пос. Яковлево. Железорудные залежи месторождения прослежены буровыми скважинами на протяжении 42 км, практически вдоль шоссе Москва - Симферополь. Месторождение состоит из двух рудных полос - Яковлевской и Покровской и расчленяется на семь участков: Верхопенско-Ивнянский, Гремучинский, Центральный, Смородинский, Висловский, Непхаевский, Хохлово-Дальнеигуменский [1,2].

В орогидрографическом отношении месторождение расположено в области водораздела рек Псёл, Ворскла, Липовый Донец, рассеченного сетью оврагов и балок.

Железные руды месторождения представлены двумя типами:

богатыми железными рудами - рудами, пригодными для металлургического передела без предварительного обогащения;

железистыми кварцитами - остаточными (бедными) рудами, из которых производится высококачественное металлургическое сырье - магнетитовый концентрат.

Остаточные руды составляют основные запасы месторождения. По инженерно-геологическим признакам остаточные руды Яковлевского месторождения подразделяются на две основные группы - крепкие (плотные), с сопротивлением одноосному сжатию более 400 кг/см и руды малой крепости, с сопротивлением одноосному сжатию менее 400 кг/см .

На основании изучения структурно-текстурных особенностей и инженерно-геологических свойств была разработана более подробная классификация остаточных руд, по которым они подразделяются на:

крепкие;

средней крепости;

руды малой крепости, которые в свою очередь делятся на мягкие и легкоразрыхляемые.

Крепкие и средней крепости руды развиты главным образом в верхней части разреза, однако местами здесь встречаются и легкоразрыхляемые руды.

На долю крепких и средней крепости руд приходится 55 % от общей мощности, а остальные 45% представлены мягкими и легкоразрыхляемыми рудами.

К рудовмещающим породам на месторождении относятся железистые кварциты и сланцы.

Железистые кварциты слагают лежачий бок рудной залежи и являются крепкими рудами с сопротивлением сжатию порядка 2000-3000 кг/см , однако их трещиноватые и выветрелые разновидности обладают значительно меньшей прочностью.

Сланцы - филлитовые и углистые, метаморфизованные - залегают в висячем боку рудной залежи, образуя непосредственную кровлю для северовосточной ее части. Это довольно крепкие породы с временным сопротивлением сжатию 400-800 кг/см . Однако в верхней, выветрелой зоне сланцы обладают значительно меньшей прочностью и местами представляют собой глиноподобные, почти пластичные породы.

Из пород осадочной толщи наибольшее значение при разработке месторождения имеют их нижние горизонты, непосредственно залегающие в кровле железистых руд или вблизи от нее. В кровле богатых железных руд залегают сланцы висячего бока, переотложенные руды, а также бокситоподобные породы и известняки с прослоями глин каменноугольной системы. Мощность каменноугольных известняков равна 15-55 м. Известняки каменноугольной системы обладают большой прочностью: значение их временного сопротивления сжатию - 400-900 кг/см . Однако в пределах рудной полосы, известняки трещиноваты, закарстованы и переслаиваются с глинами, что значительно ослабевает их прочность.

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия Яковлевского месторождения являются сложными, что обусловлено большой глубиной залегания полезного ископаемого, степенью устойчивости руд и вмещающих пород в горных выработках, состоянием осадочной толщи, перекрывающей руднокристаллический комплекс горных пород и имеющей мощность более 500 м. Значительная часть богатых железных руд месторождения (до 50%) представлена слабыми рыхлыми и глиноподобными разностями, которые в обводненном состоянии обладают низкими прочностными свойствами. Слабую устойчивость в зоне выветривания (30-50 м) имеют также сланцы лежачего и висячего боков месторождения.

Надрудная толща, включающая шесть водоносных горизонтов, большая часть из которых обладает высокими гидростатическими напорами, представлена комплексом осадочных отложений, состоящих как из крепких устойчивых горных пород, так и пород с проявлением плывунных свойств.

Физико-механические свойства горных пород осадочной толщи приведены в таблице 1 [3].

Таблица 1.

Показатели физико-механических свойств^ горных пород осадочной толщи

Обобщенные показатели физико-механических свойств горных пород и руд руднокристаллического комплекса приведены в таблице 2 [3].

Таблица 2.

Отказ от комбинированной системы осушения, которая была запроектирована институтом ВИОГЕМ, определяет дальнейшие особенности ведения горных работ в условиях Яковлевского месторождения. В соответствии с новыми техническими решениями по защите рудника от подземных вод предполагается все дренажные мероприятия осуществлять и развивать только в руднокристаллическом водоносном комплексе, то есть фактически не затрагивая нижнекаменноугольный водоносный комплекс. Наличие высоконапорного (Н=400-450 м) нижнекаменноугольного водоносного комплекса в кровле рудного тела позволяет в данных условиях классифицировать отрабатываемое месторождение, как месторождение, работы на котором осуществляются под водным объектом. Соответственно в данных условиях возможно проявление и развитие опасных инженерногеологических процессов [3,4].

Безопасность ведения горных работ требует осушения нижнекаменноугольного водоносного комплекса, снятия высоких гидростатических напоров на кровлю руднокристаллической толщи, но по экономическим соображениям содержание системы водопонижающих скважин с поверхности земли потребует весьма значительных эксплуатационных затрат на откачку воды. В связи с этим, естественный предохранительный целик обеспечивает некий паритет в решении данного вопроса, позволяет достаточно надежно, при выполнении определенного комплекса мероприятий, обеспечить изоляцию вод карбона от зоны ведения горно-капитальных, подготовительных и очистных работ.

Ведение горных работ на Яковлевском руднике под неосушенным нижнекарбоновым водоносным комплексом следует рассматривать с позиций полного исключения прорывов подземных вод из вышерасположенного водоносного комплекса. Вместе с тем, в НИЦ НТУ «НОВОТЭК» подчеркивается, что экстремальный водоприток из предполагаемой зоны дробления может достигать 1000 м /ч, что не исключает развития плывунных свойств в руде на отдельных участках месторождения, не защищенных защитным целиком.

Комплекс вопросов, связанных с развитием возможных опасных инженерно-геологических процессов и явлений, представляется весьма неоднозначным и сложным. По некоторым негативным проявлениям изменений физико-механических и инженерно-геологических свойств горных пород, развитию явлений, связанных с техногенной нагрузкой на горный массив при ведении горно-капитальных, горно-подготовительных и добычных работ отсутствуют отечественные, зарубежные и мировые аналоги. При завершении строительства и дальнейшей отработке месторождения проявление любых возможных негативных процессов и явлений отрицательно скажется на безопасности работ, объемах добычи полезного ископаемого, экономической эффективности предприятия.

В связи с вышеизложенным, в обязательном порядке для Яковлевского месторождения необходимо проведение систематических, непрерывных, методически правильно поставленных качественных гидрогеомеханических наблюдений за состоянием горного массива и водопроявлениями, то есть создание и выполнение постоянно действующей системы мониторинга, охватывающего как подземные горные выработки, так и дневную поверхность рудника. Комплекс работ по наблюдениям должен охватывать весь период отработки месторождения по полной отработке полезного ископаемого, включая период ликвидации либо консервации шахты [3].

Список литературы

Геология, гидрогеология и железные руды бассейна КМА: том II / под ред. Д.Н. Утехина, В.Д. Полищук, А.Т. Бобрышева. - М.: изд-во Недра, 1972.

Горная промышленность Белгородской области. Учебное пособие. / В.Я. Анцибор, М.М. Яковчук. - Белгород: изд-во БелГУ, 2002.

Изучение характера деформаций пород под влиянием осушения. /Чуйко В.М. - Белгород: ВИОГЕМ, 1976.

Гидрогеологические иинженерно-геологическиеусловия железорудных месторождений КМА. / И.Н. Павлов, СП. Прохоров - М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1959.