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
| Инженерно- геологический комплекс |
Наименован ие пород |
Плотнос ть, 103 кг/м3 |
Пористос ть, % |
Естеств. влажнос ть, % |
Водоотда ча, % |
Число пластичнос ти, % |
Сопро т. сжати ю, МПа |
| Нижнекаменноуголь ный |
Известняк |
2,51-3,06 |
0,35-18,70 |
- |
- |
- |
4,36 59,41 |
| Бат-байосский |
Глина |
1,96-2,75 |
23,30 37,00 |
13,30 25,30 |
- |
20-40 |
0,30 0,90 |
| Келловейский |
Песок |
1,28 |
42,00 |
- |
10-34 |
- |
- |
| Кимеридж- оксфордский |
Глина |
2,06-2,14 |
30-40 |
16-24 |
- |
21-41 |
0,10 2,00 |
| Волжский |
Песчаник |
1,98-2,49 |
- |
- |
- |
- |
37,70 53,00 |
| Апт-неокомский |
Глина |
2,06-2,28 |
28,00 37,50 |
16,70 19,40 |
- |
5,80-18,10 |
1,0 |
| Сеноман-альбский |
Мел |
1,97 |
40,00 46,00 |
16,90 35,20 |
- |
- |
4,20 5,00 |
| Сантонский |
Мергель |
1,88 |
39,00 60,00 |
19,10 41,60 |
- |
- |
1,60 11,30 |
| Маастрихтский
/> |
Мел |
1,82 |
42,00 52,00 |
30,00 40,00 |
- |
11,40-14,90 |
0,50 1,90 |
| Палеоген- неогеновый |
Суглинок |
1,90 |
47,10 |
- |
- |
10,90 |
- |
| Палеоген- неогеновый |
Супесь |
1,56 |
40,00 |
- |
- |
5,50 |
- |
| Четвертичный |
Суглинок |
1,71 |
36,80 |
- |
- |
13,20 |
- |
Обобщенные показатели физико-механических свойств горных пород и руд руднокристаллического комплекса приведены в таблице 2 [3].
Таблица 2.
| Наименование пород и руд |
Плотность, 103, кг/м3 |
Пористость, % |
Угол внутр. трения, град |
Удельное сцепление, МПа |
Сопрот. сжатию, МПа |
Модуль упругости, 1010, Па |
| Руда гидрогематит- мартитовая, крепкая |
4,29-5,12 |
15,80-29,50 |
35-42 |
2,51-7,00 |
7,80 31,94 |
2,20-3,00 |
| Руда мартит- железнослюдковая, рыхлая |
2,98-5,01 |
8,32-29,90 |
27-38 |
0,17-0,40 |
0,62-1,70 |
1,30 |
| Руда железнослюдково- мартитовая, хлоритизированная |
4,38-5,01 |
24,40-26,70 |
36-44 |
1,65-1,67 |
6,35-6,39 |
1,90-4,50 |
| Руда железнослюдково- мартитовая, карбонатизированная плотная |
4,47-4,90 |
25,90-29,40 |
42-43 |
3,51-7,20 |
15,81 23,53 |
3,10-3,92 |
| Сланец хлорит- серицитовый |
3,20-4,21 |
10,00-28,50 |
34-42 |
5,20-11,70 |
19,90 50,20 |
2,80-2,95 |
| Кварцит мартит- железнослюдковый |
3,85-4,02 |
9,00-18,20 |
38-41 |
12,46 27,80 |
55,49 121,30 |
6,00-14,10 |
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.