Инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд в подземных выработках яковлевского месторождения КМА – часть 1

Геология      Постоянная ссылка | Все категории

На правах рукописи

ВОЛКОВА Анастасия Валерьевна

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКие критерии устойчивости богатых железных руд в подземных выработках Яковлевского месторождения КМА

Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г. В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Дашко Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

Могилевская Стэлла Евгеньевна

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Веселков Валентин Иванович

Ведущее предприятие – ОАО «Гипроруда»

Защита диссертации состоится 25 декабря 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан ___ ноября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д. г.-м. н., профессор А. Г. МАРЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Объем добычи и производства товарных железных руд в мире составляет свыше 1 млрд. т. в год, около половины которых поступает на международный рынок. Ежегодный оборот железорудного сырья (ЖРС) превышает 11 млрд. долларов США. В ближайшие два десятилетия ожидается наращивание объемов добычи железной руды, производства переработанного железорудного сырья и мировой торговли этой продукцией примерно на 50%. Крупнейшими экспортерами железорудного сырья являются Австралия и Бразилия, которые контролируют около 65% мирового рынка ЖРС. На восточноевропейском рынке основными поставщиками ЖРС являются Украина и Россия. В настоящее время Россия добывает 220-225 млн. т. сырой железной руды и производит 85 – 90 млн. т. товарной железной руды. С учетом прогнозов наращивания объемов мировой торговли ЖРС имеются перспективы укрепления позиций России в качестве экспортера железорудного сырья и проката на мировой рынок.

В сложившейся ситуации к региону КМА проявляется особое внимание металлургических предприятий, особенно к месторождениям богатых железных руд (БЖР), прогнозные ресурсы и промышленные запасы которых составляют 40 млрд. тонн. Яковлевское месторождение БЖР относится к уникальным среди месторождений КМА не только по качеству сырья и его запасам, но и сложности инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также глубине залегания полезного ископаемого. Наиболее богатые руды по содержанию железа рассматриваются как генетически слабые разности химической коры выветривания. Обеспечение устойчивости БЖР в горных выработках предопределяет систему разработки и технологию ведения очистных работ, которые должны базироваться на анализе специфики поведения БЖР в условиях изменения напряженного состояния, осушения и их вторичного увлажнения.

Изучение Яковлевского месторождения началось еще в 50-х гг. прошлого века. В течение 50 лет комплексные исследования выполнялись трестом Курскгеология, Белгородской железорудной экспедицией, институтом Центрогипроруда, ВИОГЕМ, АН СССР, институтом ВСЕГИНГЕО, Воронежским университетом, СПГГИ (ТУ), НТЦ «НОВОТЭК», проектным институтом «СУБР-проект» и др.

Цель работы. Разработка инженерно-геологических критериев устойчивости БЖР на основе анализа и оценки их природы прочности и влияния изменения гидродинамических условий при ведении подземных работ под неосушенными водоносными горизонтами.

Основные задачи исследований: 1) изучение формирования химических кор выветривания железистых кварцитов КМА с целью анализа и оценки специфики состава, состояния и физико-механических свойств БЖР; 2) исследование закономерностей изменения прочности и деформационной способности БЖР с учетом изменения их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности; 3) изучение влияния природных и техногенных факторов как базовых положений для создания инженерно-геологических критериев безопасности ведения горных работ; 4) разработка структуры и концепции гидрогеомеханического мониторинга как средства контроля и управления устойчивостью БЖР.

Личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» (СПГГИ (ТУ) 2002-2006гг). Автор выполнила специализированную съемку состояния БЖР в подземных выработках, провела экспериментальные исследования физико-механических свойств осушенных БЖР и оценила влияние природного и вторичного увлажнения на снижение устойчивости БЖР и возможность формирования прорывов.

Основные методы исследований. В процессе выполнения работы использовались теоретические и экспериментальные методы изучения природы прочности и деформационной способности БЖР, влияния активизации микробной деятельности на устойчивость БЖР; физическое моделирование развития суффозионных процессов и возможности перехода БЖР в состояние плывунов, расчетно-аналитические методы вероятности прорывов подземных вод в горные выработки.

Научная новизна 1) качественная и количественная оценка влияния природных и техногенных факторов на изменение состояния и физико-механических свойств БЖР с целью предупреждения развития горно-геологических процессов и явлений в подземных выработках; 2) анализ влияния процесса перетекания подземных вод из вышележащих неосушенных горизонтов на устойчивость БЖР; 3) разработка инженерно-геологических критериев на основе комплексного подхода к формированию и изменению природы прочности и устойчивости БЖР под воздействием дополнительного увлажнения и активизации микробной деятельности; 4) создание регламента гидрогеомеханического мониторинга с целью повышения безопасности ведения горных работ.

Практическая значимость. Предлагаемые инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд рекомендованы для использования в создании системы безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике КМА и аналогичных месторождениях богатых железных руд. Результаты диссертационной работы используются следующими проектными, научными и производственными организациями: специализированный проектный институт «СУБР-Проект», «Центрогипроруда», НТЦ «НОВОТЭК», «ВИОГЕМ».

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений и выполненных экспериментальных исследований закономерностей преобразования прочности и деформационной способности БЖР в зависимости от их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности, а также возможностью формирования прорывов подземных вод в горные выработки. В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии при участии автора в рамках научно-исследовательских работ «Научное сопровождение строительства первой очереди Яковлевского рудника» 2004г., «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» в 2003, 2005, 2006гг., а также персональных грантов Минобразования и науки РФ, СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) 2003, 2004 , 2005  и 2006гг.

Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР, профессора К. О  Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых», Апатиты, 2005; Международная научная конференция «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики», МГУ – Москва, 2006; II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах», Белгород, 2006.

Общее количество опубликованных работ 15, в том числе 5 работ по теме диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 173 машинописных страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 150 наименований, содержит 40 рисунков, 38 таблиц, 11 фотографий.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность своему научному руководителю д. г.-м. н. проф. Р. Э. Дашко за постоянную помощь и внимание при подготовке диссертационной работы, зав. каф. ГиИГ д. г.-м. н. проф. В. В. Антонову, д. г.-м. н. проф. А. И. Короткову, зав. каф. СГПиПС д. т.н. проф. А. Г.Протосене, зав. каф. МД, д. т.н., проф. В. Н. Гусеву, к. г.-м. н., доц. Н. С. Петрову, к. г.-м. н. асс. А. В. Шидловской, аспирантам: Е. Г. Захаровой, А. А. Тимченко, О. Ю. Александровой, зав. лабораторией Кравцовой Ж. В, а также всем сотрудникам кафедры ГиИГ СПГГИ (ТУ).

защищаемые положения

1. Прочность и устойчивость богатых железных руд в подземных выработках определяется особенностями их гранулометрического состава, типом структурных связей БЖР, степенью их осушения, развитием микробной деятельности в толще руд.

Богатые железные руды Яковлевского месторождения, залегающие на глубине свыше 600м, представляют собой элювиальные образования, связанные с формированием допалеозойской и раннепалеозойской латеритной коры выветривания. Образование БЖР сопровождалось выносом щелочных и щелочноземельных элементов и кремнезема, при одновременном накоплении окислов железа и глинозема, а также протекании вторичных процессов карбонатизации и хлоритизации.

Среди материнских пород наибольшим развитием пользуются магнетит железнослюдковые кварциты типа итабаритов, на которых формировались богатые мартит-железнослюдковые гематитовые руды («синьки»). В меньшей степени развиты силикат-магнетитовые кварциты типа таконитов, на которых шло образование богатых мартит-гидрогематитовых и гидрогетитовых руд («краски»). В связи с приуроченностью БЖР к определенному типу метаморфических пород, руды наследуют их текстуры. Железнослюдковые и мартито – железнослюдковые руды характеризуются тонкополосчатым сложением с мощностью прослоев от долей мм до 1-2мм, обладают характерным синеватым цветом. В преобладающей массе они рыхлые, пористые. Мартит-гидрогематитовые и гидрогетитовые руды имеют темно-красную, кирпично-бурую окраску. Текстура руд полосчатая, неравномерная. В качестве основных рудообразующих минералов устанавливается мартит и гидрогематит, в примеси присутствуют гидрогетит, глинистое вещество, карбонаты, хлорит, кварц. Гидрогетитовые руды тесно связаны с мартито-гидрогематитовыми рудами, образуя среди них невыдержанные по мощности прослои.

Изучение гранулометрического состава позволило сделать вывод, что БЖР типа «синьки» – классифицируются как алевриты, для которых характерны высокие содержания крупной пылеватой фракции до 79%, минимальное содержание этой фракции составляло 39%. Кроме того, отмечается незначительное присутствие тонкодисперсной фракции d < 0,002мм. «Краски» могут быть отнесены к пескам разнозернистым пылеватым, содержание тонкодисперсной фракции может возрастать до 7 % (глинистые пески), коэффициент неоднородности этих руд в среднем составляет 11, а в отдельных пробах достигает 37 – 39.

Геология      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника