CC BY
12
УДК 624.131.54
Далатказин Тимур Шавкатович
кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории сдвижения горных пород, Институт горного дела УрО РАН, 620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58 e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН НЕОЖИДАННЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ НА УЧАСТКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОСТА В РАЙОНЕ БОРТА ГЛАВНОГО КАРЬЕРА ВЫСОКОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ*
Аннотация:
Представлены результаты исследований горного массива борта карьера и прилегающей территории, охваченных аварийными неспрогнози-рованными деформациями. Исследования позволили определить природные и техногенные причины, а также алгоритм развития процесса деформации. Неожиданность события связана с недоучетом на стадии предпроектных изысканий эволюционных процессов формирования исследуемого горного массива.
Ключевые слова: карст, горный массив, разрывные нарушения, геодинамика
DOI: 10.18454/2313-1586.2016.03.034
Dalatkazin Timur Sh.
Candidate of technical sciences, senior researcher of the laboratory of rocks' displacement, The Institute of mining UB RAS, 620075, Yekaterinburg, Mamin Sibiryak st., 58 e-mail: [email protected]
EXAMINING CAUSES OF UNEXPECTED AREA DEFORMATIONS IN RAILWAY POST DISTRICT IN THE ZONE OF VISSOKOGORSKIY DEPOSIT GENERAL QUARRY BOARD
Abstract:
There present researches results of massif qyarry board and adjacent area exposed to ruining non prognostic deformations. Researches determined natural and technogenic causes and algorithm as well of the deforming process development due to miss account of the evolution processes in the forming massif on the preliminary projecting stage that resulted in casual occurrence.
Key words: carst, massif, breaks in rocks, geody-namics
Анализ неспрогнозированных деформаций горного массива на объектах недропользования показывает, что их причиной является неполнота необходимой информации об исследуемом массиве и (или) неверная ее интерпретация на стадии предпроектных исследований. Показательной является ситуация, возникшая на юго-западном борту Главного карьера Высокогорского железорудного месторождения.
На юго-западном борту Главного карьера, в зоне добычи мартита и прилегающей территории, в 2004 г. в районе железнодорожного поста были выявлены деформации земной поверхности: визуально были обнаружены трещины. В этом месте проходят две нити железнодорожных путей, по которым на обогатительную фабрику поступает руда из шахты Естюнинская, а на аглофабрику - известняк из Гальяновского карьера. Также были отмечены деформации борта Главного карьера на этом участке.
После обнаружения деформаций были организованы геодезические инструментальные наблюдения специально оборудованной станции. За период наблюдений (август - вторая половина сентября 2004 г.) скорость оседания земной поверхности увеличивалась от 10 до 42 мм/сут, а суммарная величина оседания к концу сентября 2004 г. составила 2,3 м [1].
Чтобы исключить взаимное влияние железнодорожных путей друг на друга, вынужденно были убраны располагавшиеся здесь стрелочные переводы. Железнодорож-
* Работа выполнена в рамках Государственного задания 2016-2018 гг. «Исследования эволюции деформационных полей на земной поверхности при недропользовании маркшейдерско-геодезическими методами»
ные пути эксплуатируются с 2004 г. и до сегодняшнего дня в ограниченном объеме. Глубина зоны проседания земной поверхности с августа 2004 г. по март 2016 г. составила приблизительно 8 м.
По состоянию на март 2016 г. деформации на участке продолжались, и для поддержания железнодорожных путей в рабочем состоянии осуществлялась регулярная подсыпка и рихтовка насыпи. Прекращенная из-за деформаций борта карьера добыча мартитовой руды так и не возобновлена.
Непрекращающиеся деформации борта Главного карьера на этом участке угрожают целостности пульпопровода, проложенного по берме 160 м.
Эксплуатирующая организация продолжает нести экономический ущерб.
Согласно исследованию фондовых материалов, изучаемый горный массив имеет следующую геологическую характеристику.
Снизу вверх массив представлен следующими литологическими разностями:
1. Известняки Высокогорской полосы в исследуемом массиве являются частью ксенолита известняков с глубиной кровли 120 - 150 м от поверхности. В низах разреза они темно-серые, битуминозные, часто глинистые, в средней части белые и светло-серые, массивные, в верхах - белые, розоватые, часто брекчиевидные. Вблизи от исследуемого участка известняки вскрыты Главным карьером и шахтой Мартитовой. Отмечается высокая степень закарстованности известняков, особенно на контакте с перекрывающими их сиенитами. Мощность известняков Высокогорской полосы на месторождении достигает 250 м.
2. Сверху известняки на исследуемом участке перекрыты сиенитами. Сиениты на участке выветрелые, на глубине 30 м до полускального состояния. Отмечаются участки повышенного содержания слюды, локальные зоны с незначительным содержанием мар-тита и магнетита. Наблюдаются тектонические зоны, представленные глиной и дресвяно-глинистым материалом в водонасыщенном состоянии, обладающие свойством плывунов. Масштаб развития плывунов явился причиной прекращения проходки шахты Мартитовой, добыча руды из которой так и не производилась. Сиениты исследуемого массива обводнены с 7 м.
3. Верхняя часть разреза исследуемого массива до глубины 7 м представлена элювием выветрелого до дресвяно-глинистого состояния сиенита.
В гидрогеологическом отношении изучаемый район приурочен к открытой геологической структуре с преобладанием безнапорных вод трещиноватости палеозойских пород. Исследуемый массив включает в себя воды четвертичных отложений, воды зоны трещиноватости интрузивных пород, воды зоны трещиноватости осадочно-вулканоген-ных пород.
Наиболее водообильными породами изучаемого массива являются известняки. При этом водообильность известняков отличается значительной неравномерностью и определяется степенью трещиноватости, закарстованностью, наличием зон тектонических нарушений.
Исследуемый деформируемый массив расположен в мартитовой зоне и, согласно данным опытных откачек на участках крупных тектонических нарушений и развития карста, до глубины порядка 200 м значения коэффициента фильтрации изменяются от 1 до 60 м/сут. По химическому составу воды гидро-карбонатно-кальциево-магниево-натриевые.
В настоящее время естественный режим подземных вод рудного поля резко нарушен вследствие дренажных мероприятий, сопровождающих горные работы. Но, хотя изучаемый участок расположен в зоне влияния депрессионной воронки, уровень подземных вод определен на глубине 7 - 10 м [2].
На участке борта Главного карьера, ограничивающего изучаемую территорию с юго-востока, на 10 м ниже края наблюдается промоина, из которой в теплое время года отмечаются периодические изливы подземных вод.
Известняки на участке деформаций характеризуются интенсивным развитием карста, особенно на их контакте с сиенитами. Карст в известняках представлен полостями, как полыми, так и заполненными. В Главном карьере на горизонте +150 м вскрыты карстовые каналы диаметром 0,4 м и ряд карстовых полостей глубиной несколько десятков метров, заполненных песчано-глинистым материалом.
Очевидно, что деформации описываемого массива вызваны комплексом факторов: карстом в известняках, плывунчатыми свойствами интенсивно выветрелых и обводненных сиенитов, активизацией геодинамических процессов в массиве (активизация вызвана масштабными горными работами). Показательно, что именно в мартитовой зоне карст развит наиболее сильно. Геодинамическая активность явилась причиной как образования мартита, так и формирования карстовых полостей.
Тектоническая ситуация деформируемого участка определяется тремя разломами (сместителями II порядка) субширотного простирания Б4, Б5, Бб (рис. 1).
Указанные разломы имеют падение на юг под углами Б4 - 68°, Б5 - 72°, Бб - 88°, соответственно. В горных выработках разломы наблюдаются в виде трещин, заполненных глинкой трения. Иногда наблюдаются зоны дробления. Мощность этих зон достигает 13 м.
Рис. 1 - План участка деформаций
Изучение и анализ фондовых геологических материалов позволили гипотетически сформулировать причину и алгоритм формирования деформаций исследуемого горного массива. Здесь в прошлом происходили активные, продолжительные геодинамические подвижки, в результате которых сформировались условия для гипергенных процессов. Это следует из того, что деформируемый участок расположен в мартитовой зоне и в зоне разломов. Залегающий здесь мартит (псевдоморфоза гематита по магнетиту) образовался из устойчивых к выветриванию магнетита по реакции 4Без04 + О2 = бБе20з
под воздействием интенсивном и продолжительном циркуляции подземных вод с высоким окислительным потенциалом [3]. Высокое содержание кислорода определялось поступлением поверхностных вод, что подтверждает здесь в прошлом наличие активных геодинамических подвижек. Активная и продолжительная геодинамика деформировала отложения расположенных над мартитовой зоной известняков и способствовала формированию в них заполненных мелкодисперсным материалом карстовых полостей. Горные работы здесь вызвали изменение параметров поля напряжений, что привело к раскрытию трещин, а это, совместно с дренажными мероприятиями, изменило режим и направление движения подземных вод. Все это спровоцировало процесс постепенного выноса заполнителя из карстовых пустот, что в свою очередь вызвало сдвижение горных пород над подземными пустотами [4 - 7].
Геофизические исследования, выполненные методами спектрального сейсмопро-филирования и георадарного зондирования выявили на изучаемой территории кастовые зоны с размерами в плане 200 м х 70 м, 160 м х 45 м и две зоны с размерами 15 м х 30 м (рис. 2).
Рис. 2 - Карстовые пустоты, выявленные геофизическими методами в 2004 г. на деформируемом участке в районе железнодорожного поста на юго-западном борту Главного карьера Высокогорского железорудного месторождения
Карстовые пустоты в пределах выявленных зон заполнены мелкодисперсным материалом [1, 8].
Обнаружение здесь карстовых пустот подтвердило гипотезу о причинно-следственной связи между мартитом и карстом в вышезалегающих известняках. Данная связь выявлена только после начала деформирования, когда на участке уже были построены дорогостоящие транспортные коммуникации технологического комплекса горно-обогатительного производства. При проведении предпроектных инженерно-геологических исследований необходимо привлекать и соответствующим образом интерпретировать всю, в том числе общегеологическую информацию об исследуемом горном массиве для получения достоверного инженерно-геологического прогноза.
Литература
1. Замятин А.Л. Георадарное зондирование деформированного участка борта главного карьера Высокогорского ГОКа (Н. Тагил, Свердловская область) / А.Л. Замятин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 10. - С. 79 - 83.
2. Мельник В.В. Обоснование геомеханических факторов для диагностики опасности карстопроявлений при недропользовании: автореф. дис. ... канд. техн. наук /
B.В. Мельник. - Екатеринбург, 2010. - 21 с.
3 Бетехтин А.Г. Курс минералогии / А.Г. Бетехтин. - М: ГНТИ литературы по геологии и охране недр, 1956. - 558 с.
4 Усанов С.В. Геодинамические движения горного массива при техногенном воздействии крупного горно-обогатительного комбината / С.В. Усанов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 11. - С. 248 - 255.
5. Далатказин Т.Ш. Взаимосвязь уровня радоновой эмиссии с современной геодинамикой и тектоническими зонами / Т.Ш. Далатказин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - № 2. - С. 212 - 215.
6. Панжина Н.А. Дискретное деформирование иерархически блочной среды / Н.А. Панжина // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - № 11 -
C. 326 - 332.
7. Коновалова Ю.П. Геодинамические аспекты выбора безопасных площадок размещения особо ответственных объектов недропользования / Ю.П. Коновалова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - Отдельный выпуск № 11. Проблемы недропользования. - 2011. - C. 133 - 138.
8. Мельник В.В. Оценка опасности карстопроявлений геофизическими методами / В.В. Мельник // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 9. -С. 143 - 147.
