Исследование влияния техногенных факторов на устойчивость прибортового массива

Рассмотрены вопросы обеспечения устойчивости карьерных откосов, которое основано на организации инструментальных маркшейдерско-геодезические наблюдения за состоянием бортов карьеров в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями.

Обеспечение устойчивости карьерных откосов - важная задача для эффективного и безопасного ведения горных работ. Одно из первостепенных необходимых условий для успешного решения этой задачи является организация геомеханического мониторинга состояния устойчивости карьерных откосов, который включает: периодические маркшейдерские наблюдения за состоянием откосов; исследования инженерно-геологических характеристик состава и свойств горных пород; изучение структурно-тектонических особенностей прибортового массива; оценку и прогноз геомеханических процессов, происходящих в массиве; разработку рекомендаций по оперативному изменению параметров бортов карьера и технологических схем отвалообразования.

Несмотря на многочисленные исследования, проблема обеспечения устойчивости бортов карьеров в их предельном положении в силу сложности и разнообразия горно-геологических и гидрогеологических особенностей месторождений особенно актуальна при разработке глубокими карьерами Соколовского, Сарбайского и Качарского месторождений.

Главной особенностью месторождения, как и всего Главного железорудного пояса, является его двух ярусное строение [1]. Палеозойские (главным образом, каменноугольные) отложения образуют складчатый фундамент, а перекрывающие их с резким угловым несогласием горизонтально залегающие рыхлые мезозойско-кайнозойские отложения - платформенный чехол мощностью 150 - 230 м. Каменноугольные породы складчатого фундамента месторождения расположены на четыре свиты: сарбайскую, соколовскую, куржункульскую и кызылжарскую.

Структурные особенности Сарбайского месторождения определяются приуроченностью его к западному крылу Соколовско-Сарбайской антиклинали. Анализ дизъюнктивной тектоники свидетельствует о преобладании пострудных нарушений с субмеридианальной ориентировкой. Резко отмечаются субширотные нарушения. Как правило, углы падения разломов изменяются в пределах 70 -90⁰. Встречаются нарушения и с более пологими углами: 45 - 65⁰.

На месторождении выделяются два инженерно-геологических комплекса: комплекс слабых и средней крепости пород, представленный мезокайнозойскими отложениями и породами коры выветривания палеозойских пород; и комплекс крепких и средней крепости палеозойских пород, вмещающих рудные залежи.

Результаты исследований трещиноватости пород Сарбайского месторождения показали, что по всему восточному борту карьера четко прослеживается пологопадающая система трещин сланцеватости, подсекаемой откосами уступов, и крутопадающая субширотного простирания.

Разработка Соколовского и Сарбайского месторождений по масштабу воздействия на окружающую среду и в первую очередь на напряженно-деформированное состояние горных пород относится к ряду крупных техногенных воздействий, способных вызвать серьезные аварийные явления, такие как оползни на отвалах, оползни и обрушения в карьерах, вызванных нарушениями равновесия в земной коре на отрабатываемых участках. Причем, масштабы влияния Соколовского и Сарбайского карьеров, их отвалов, хвостохранилища, подземной добычи на СПР таковы, что их воздействие накладывается друг на друга, создавая сложные закономерности формирования вторичного поля напряжений.

Опыт исследования геомеханических явлений позволяет выделить три фактора, вызывающих деформации земной поверхности и массива горных пород, способных нарушить нормальную эксплуатацию промышленных сооружений:

• деформирование участков земной коры и земной поверхности, вызванное удалением и перемещением больших объемов горной массы;
  
• деформирование земной поверхности и прибортового массива в результате нарушения гидрогеологического режима;
  
• изменения параметров естественного поля напряжений под воздействием внешних глобальных или региональных причин, усиливаемых в зонах влияния горных работ за счет формирования зон концентрации.
  

Совместное воздействие перечисленных факторов при сложившихся масштабах производства требует углубленного изучения и контроля за происходящими процессами во избежание неконтролируемых проявлений геомеханических процессов.

Анализ геологической характеристики и горнотехнических условий разработки Сарбайского и Соколовского месторождений подтверждает необходимость проведения инструментальных наблюдений за состоянием устойчивости откосов уступов, бортов карьеров и отвалов, основанием для которых являются все выше перечисленные причины.

Результаты инструментальных наблюдений в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями в процессе эксплуатации месторождений дают возможность установить характер деформаций горных пород откосов уступов и бортов карьеров и спрогнозировать развитие их во времени и пространстве, что в свою очередь позволяет наметить мероприятия по устранению причин их развития.

Современные способы наблюдений за геомеханическим состоянием бортов карьеров весьма разнообразны. Наиболее перспективными из них являются способы с использованием современного электронного оборудования, основанные на определении отклонения координат рабочих реперов наблюдательных станций от их начального положения.

Полная серия инструментальных наблюдений включает в себя следующие работы: привязку исходных и опорных реперов станций (определение координат X,Y,Z) к ближайшим пунктам маркшейдерской опорной геодезической сети; производство начальных наблюдений для определения исходного положения реперов наблюдательных станций в горизонтальной и в вертикальной плоскостях; производство систематических наблюдений за положением реперов для определения их сдвижения или смещения.

Инструментальные маркшейдерско-геодезические наблюдения за смещениями и деформациями реперов наблюдательных станций выполняются не реже 2х раз в год. Плановое и высотное положение исходных реперов наблюдательных станций определяется в системе координат и высот, принятой для маркшейдерских работ на карьерах АО "ССГПО" [3].

В каждой последующей серии наблюдений производится сравнение координат реперов с предыдущей серией, что позволяет сразу определить наличие смещения реперов и выявить причины их возникновения (механическое повреждение репера, оползневые явления, появление трещин и промоин). При активной стадии деформаций использование предлагаемой методики позволяет оперативно (в течение одного дня) получить полную картину смещений и своевременно разработать мероприятия по обеспечению устойчивости.

Библиографический список

1. Инженерно-геологические исследования - Отчет-ВИОГЕМ // Белгород, 1976.
   
2. ССГОК Сарбайский рудник. ПРОЕКТ II очереди вскрытия и отработки глубинных горизонтов карьера для поддержания мощности ССГОКа. Том II. Технологические решения. Книга I. Геологическая характеристика месторождения. Горные и горно-проходческие работы. Транспорт и отвальное хозяйство. Гипроруда, Ленинград, 1984.
   
3. Отчет НИР по теме Создание системы мониторинга состояния устойчивости прибортовых массивов карьеров (Сарбайского, Соколовского, Качарского) и отвалов на основе инструментальных наблюдений Том II. Сарбайский карьер (Окончательный отчет по I, II, III этапам) // Отчет НИР, Книга 2, КарГТУ, Караганда, 2013
   

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости
   
10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ