:: Показать последние записи ::

Как борются с водой запорожские горняки?

Раскрыта проблематика повторной отработки запасов, оставленных на отработанных горизонтах шахт ЗАО «Запорожский железорудный комбинат». Представлены результаты исследований по отработке запасов очистных камер в сложных гидрогеологических условиях, даны рекомендации по отработке таких запасов.

Проблемы влияния сложных гидрогеологических условий на эффективность подземной разработки месторождений и связанные с этим аспекты прогнозирования водопритоков в горные выработки в последние десятилетия активно изучались и нашли отражение в работах Бабушкина В.Д., Лебедянского З.П., Леви Л.З., Мироненко В.А, Норватова Ю.А., Сердюкова Л.И., Румынина В.Г., Учаева В.К., Жука С.Г. В то же время прогноз гидродинамического режима в период эксплуатации с целью обоснования технологических решений требует предварительного анализа и адаптации к условиям конкретных месторождений.

Южно-Белозерское месторождение богатых железных руд разрабатывается ЗАО «Запорожский железорудный комбинат». В последние годы из-за ряда объективных причин на комбинате сократились объемы горно-капитальных работ. Это не позволило своевременно вскрыть и подготовить запасы руды на горизонте 940 м взамен погашаемого этажа 640–740 м, что и предопределило спад производства на ближайшее время. Осложняющими факторами, влияющими на своевременное развитие горно-капитальных работ, является большая глубина, значительный водоприток в горные выработки, эксплуатация выемочной и проходческой техники с отработанным ресурсом, сложная система проветривания и значительные затраты на производство закладочных работ на больших глубинах.

Для ритмичной работы комбината и повышения его производственной мощности было принято решение по вовлечению в отработку временно неактивных запасов на вышележащих горизонтах 400, 480 и 640 м и, в первую очередь, части запасов рудной потолочины выше горизонта 340 м под предохранительным целиком. Возможность отработки этих запасов потребовала анализа гидрогеологических условий месторождения и прогноза изменений гидродинамического режима в ходе ведения горных работ.

Гидрогеологические условия района Белозерских аномалий определяются перекрытием кристаллического массива докембрия толщей песчано-глинистых отложений, в которых содержатся 8 водоносных горизонтов. Верхние водоносные горизонты, залегающие в интервале глубин 5–120 м, отделены от водоносных пластов нижнего гидродинамического комплекса мощной толщей слабопроницаемых глин, достигающих 100 м. В результате перетока через водоупор образовалась региональная депрессионная воронка, охватывающая территорию в несколько десятков квадратных километров. Наиболее водообильным из верхних горизонтов над шахтным полем являются сарматский горизонт, залегающий на глубине 70–80 м, сложенный известняками мощностью до 14 м с высокой проницаемостью – 14–70 м/сут. Однако этот водоносный горизонт не оказывает значительного влияния на обводненность горных выработок, поскольку гидравлически слабо связан с пластами нижнего комплекса.

Бучакский горизонт, входящий в нижний водоносный комплекс, почти повсеместно распространен в пределах шахтного поля. Он один из самых водообильных на месторождении, а область его питания находится на северо-востоке Причерноморской впадины. Бучакский горизонт приурочен к разнозернистым пескам мощностью около 15 м, залегающим на глубине 200–250 м от поверхности. По данным откачек, этот водоносный горизонт, к настоящему времени осушенный в пределах шахтного поля, обладает неравномерной проницаемостью, с коэффициентом фильтрации в пределах от 0,8 до 20 м/сут. Значительные колебания проницаемости объясняются неоднородностью гранулометрического состава пород, как по площади, так и в вертикальном разрезе. Проницаемость пород мелового водоносного горизонта изменяется в более узком диапазоне – от 0,35 м/сут в слабообводненных мергелях и известняках до 3–5 м/сут в более водообильных песках.

Рудно-кристаллический горизонт, распространенный во всей толще докембрийского комплекса пород (богатые железные руды, кварциты, сланцы и др.), также характеризуется неравномерной водообильностью как по площади, так и по глубине. Если в южной части шахтного поля рудовмещающие породы слабоводоносные, то на северном фланге рудно-кристаллическая толща обладает высокой водообильностью. Коэффициент фильтрации изменяется в пределах водоносного горизонта от 0,0007 м/сут для серпентинитов до 6 м/сут – для железной руды.

С увеличением глубины ведения горных работ произошло перераспределение составляющих водопритока, приходящихся на подземную и поверхностную системы осушения. В последние десять лет практически весь шахтный водоприток, превышающий 2100 м3/ч, обеспечивался подземной системой осушения. Более детальный анализ динамики водопритока показывает, что его большая часть приходится на горизонты 640 и 840 м, приуроченные к рудно-кристаллическому комплексу. Влияние более глубокого горизонта 940 м пока не успело проявиться, что обусловлено относительно небольшим объемом выработок и низкой проницаемостью вмещающих пород. К настоящему времени суммарный вклад верхних горизонтов 340 и 400 м, где были оставлены запасы, не превышает 12% от общего водопритока.

Сложность гидрогеологических условий месторождения обусловила применение этажно-камерной системы с твердеющей закладкой. Рудная залежь «Главная» входит в наносы, образуя прогибы в их напластовании с висячего и лежачего боков, тем самым, увеличивая обводненность вмещающих пород. Помимо этого, более точная разведка месторождения перед отработкой оставшихся запасов на верхнем горизонте 340 м показала, что границы зоны выветривания, установленные с помощью разведочных скважин, оказались неточными, что увеличило фильтрационные характеристики подработанного массива. Нарушение сплошности пород висячего бока при отработке очистных камер, уплотнение закладочного массива и расслоение пород привело к образованию мульды прогиба на поверхности и к увеличению локальной обводненности в местах интенсивного трещинообразования вмещающего массива пород.

Доработку неактивных запасов предполагается осуществлять в условиях вторичной отработки месторождения. Эти факторы могут существенно увеличить водоприток через предохранительный целик месторождения – охранную потолочину под водоносными горизонтами. Вовлечение в эксплуатацию части запасов потолочины предусматривает отработку запасов в направлении с севера на юг. Первым пусковым участком 11с – 0, вскрываемый рампой № 1 с перепуском горной массы и руды по рудоспускам и породоспуску, проведенных до откаточного горизонта 640 м. При этом предполагается использовать ранее проведенные рудоперепуски этажей 400–480, 480–580 и 580–640 м. Проведение выработок по этому участку предусматривается только по руде и кварцитам без выхода в породы лежачего бока. Высокое качество руды в массиве, превышающее по содержанию железа 60% и кварцитов с содержанием Fe 37,5% при совместном выпуске обеспечивают получение товарной руды с содержанием железа 48,5%.

Доработка запасов, оставленных на вышележащих горизонтах Южно-Белозерского месторождения, производится в измененных горно-геологических, горнотехнических условиях по отношению к первоначальным. Это потребует выполнения кратко- и среднесрочных гидрогеологических прогнозов на основе применения разномасштабных гидродинамических и геотехнологических моделей шахтного поля, отражающих изменения уровневого режима подземных вод и динамику водопритока в соответствии с порядком отработки запасов и планами проведения горных работ. При разработке гидродинамических моделей за основу могут быть использованы результаты моделирования динамики подземных и шахтных вод на примере района Центрального Донбасса, а также локальные модели, воспроизводящие инфильтрационный приток к выработкам в сдренированном массиве.

Критический анализ опытно-фильтрационных работ свидетельствует о неравномерном уменьшении проницаемости пород с глубиной. На основных отрабатываемых горизонтов месторождения наибольшая проницаемость характерна для железных руд, наименьшая – для вмещающих пород. Основной водоприток в настоящий период отработки, превышающий 2100 м3/сут, обеспечивается подземной системой осушения. Наиболее водообильными являются горизонты 640 и 840 м, на которые приходится около 2/3 общешахтного водопритока. Интенсивное вовлечение в разработку запасов предохранительной потолочины, вызванное технологической необходимостью, может привести к значительному изменению гидродинамического режима и нежелательному увеличению водопритока в горные выработки. Это требует обоснования планов ведения горных работ путем совместного применения геотехнологических и гидродинамических моделей.

Высокая проницаемость коры выветривания и отсутствие точных данных о глубинах ее распространения существенно влияет отработку запасов предохранительной потолочины горизонта 340 м. Рекомендуется производить подготовку выемочных блоков с минимальным нарушением вмещающих пород, т.е. проведения подготовительных и нарезных выработок по контуру рудных залежей или по руде. Низкая проницаемость вмещающих пород на глубоких горизонтах комбината и незначительный водоприток обусловливают заложение подготовительных и нарезных выработок с учетом доминирующего фактора – горное давление, с дальнейшим уточнением технологических параметров по гидродинамическим данным.

Литература

1. Прогноз водопритоков в горные выработки и водозаборы подземных вод в трещиноватых и закарстованых породах / В.Д. Бабушкин, З.П. Лебедянская, Л.З. Леви и др. – М.: Недра, 1972. – 196 с.
2. Гидрогеологические исследования в горном деле / В.А. Мироненко, Ю.А. Норватов, Л.И. Сердюков и др. – М.: Недра, 1976. – 352 с.
3. Мироненко В.А., Румынин В.Г., Учаев В.К. Охрана подземных вод в горнодобывающих районах – Л.: Недра, 1988. – 277 с.
4. Жук С.Г. Закономерности формирования водообмена в Криворожском железорудном бассейне. Дисс. … канд. геол.-мин. наук. – К., 1987. – 248 с.
5. Белохин В.Н. и др. Отчет о гидрогеологических и инженерно-геологических исследованиях при производстве буровых, горнотехнических работ и производственного водопонижения на шахтном поле Запорожского железорудного комбината. №1, 1976 г. – 191 с.
6. Рудаков Д.В., Садовенко І.О. Прогнозування гідродинамічного режиму при відпрацьовуванні й затопленні шахтного поля // Вісник ЖДТУ, Житомир. – 2006. – №1 (36). – С. 151-157.
7. Рудаков Д.В., Садовенко И.А. Обоснование модели инфильтрационных потоков в неоднородном подработанном массиве горных пород // Сб. науч. трудов ДНТУ, №13. – 2005. – С. 3-15.
8. Хоменко О.Е., Владыко А.Б. Влияние гидрогеологических факторов на расконсервацию запасов железных руд в условиях Криворожского бассейна // Науковий вісник НГУ. – 2006. – № 2. – С. 12-14.
9. Владыко А.Б., Хоменко О.Е., Козлов С.А. Прогнозирование устойчивости очистных камер в условиях фильтрации для ЗАО “Запорожский железорудный комбинат» Науковий вісник НГУ. – 2007. – № 2. – С. 13-15.
10. Хоменко О.Е. Усовершенствованный способ подготовки очистных блоков для шахт Южно-Белозерского месторождения железных руд // Науковий вісник НГУ. – 2007. – № 6. – С. 38-40.

ЗЖРК  СЕГОДНЯ

ЧТО  БЫ  УЛУЧШИЛО  ОБСТАНОВКУ  НА  ЗЖРК?

:: Архив аналитик ::