Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы 12
1.1. Обзор и анализ изученности золоторудных месторождений как объектов геологической среды с высокой плотностной контрастностью вещества 12
1.2. Обзор и анализ изученности геомеханического состояния горных массивов 19
2. Методологическая основа геоинформационных исследований 31
2.1. Некоторые общие положения теории развития сложных материальных систем с позиций неравновесной термодинамики 31
2.2. Фундаментальные свойства структурной организации областей гравитационного сжатия (уплотнения) в геологических системах 37
2.3. Теоретическая модель гравитационного растяжения (разуплотнения) массива горных пород 41
2.4. Методологические принципы и методики исследований 50
2.4.1. Методологические принципы 50
2.4.2. Методика фрактального анализа 52
2.4.3. Методика пространственно-статистического анализа . 54
3. Геологические и геомеханические условия базовых месторождений 58
3.1. Краткая геологическая характеристика и сведения о разработке месторождений 57
3.2. Обзор геомеханических условий массивов горных пород... 73
3.2.1. Физико-механические свойства горных пород 73
3.2.2. Характер первоначальных напряжений массивов горных пород 79
3.2.3. Проявления горного давления в динамических формах на Дарасунском и Березовском рудниках... 88
4. Закономерности структурной организации полей гравитационного сжатия и растяжения горного массива и прогноз его геомеханического состояния (на примере золоторудных месторождений) 91
4.1. Оптимизация границ структурных элементов на основе фрактального анализа 91
4.2. Закономерности структурной организации поля распределения деструктивных элементов как механически разуплотненных сред 97
4.3. Закономерности структурной организации поля распределения золоторудной минерализации как наиболее плотного вещества в массиве горных пород 111
4.4. Сопоставительный анализ закономерностей структурной организации полей уплотнения и разуплотнения горного массива 128
4.5. Прогноз геомеханического состояния горного массива 132
Заключение 141
Библиографический список
- Обзор и анализ изученности геомеханического состояния горных массивов
- Теоретическая модель гравитационного растяжения (разуплотнения) массива горных пород
- Обзор геомеханических условий массивов горных пород...
- Закономерности структурной организации поля распределения деструктивных элементов как механически разуплотненных сред
Введение к работе
Одной из важных проблем в горно-геологической отрасли является проблема обеспечения эффективного прогноза конкретных свойств осваиваемого объекта. Прогноз должен быть многоуровневым, основываться на достаточном количестве фактов и корректной их обработке. В настоящее время для решения этой проблемы традиционных подходов недостаточно. Требуется привлечение новых идей и новых методологий. В настоящей работе мы используем геоинформационный подход при локальном прогнозировании одного из важных свойств отрабатываемого месторождения - геомеханического состояния горного массива (геологической среды в процессе проведения горных работ). Его своевременное прогнозирование необходимо для обеспечения устойчивой и безопасной работы предприятия.
В качестве концептуальной основы исследований использована следующая идеология. Геологические объекты - результат процессов самоорганизации геологической среды, чрезвычайно неоднородной по плотности и состояниям ее вещества. Рудное месторождение - наиболее контрастная по плотности пространства область геологической среды. В ней сосредоточены, и наиболее плотная рудная составляющая, и наименее плотная часть среды в виде пустот, связанных с деструкцией среды (трещинообразование, порообразование и др.). Золоторудные месторождения, в отличие от месторождений других полезных ископаемых, наиболее контрастны по плотности слагающего их вещества.
Геологическая среда, как и весь материальный мир, обладает фундаментальным свойством - фрактальностью каждой отдельно взятой ее составляющей. Это свойство маркирует неравновесные условия формирования среды и синергетический режим ее развития. Ключевым аспектом проведенных исследований является изучение именно фрактальных монопризнаковых подсистем геологической среды (как свойства, обладающего высокой информативностью для создания нетрадиционных моделей прогноза).
Структурной организации золоторудных месторождений с этих позиций посвящены работы профессора В.А. Филонюка, который отмечает, что существенное значение в условиях рудообразования имеет гравитационная (плотно-стная) неустойчивость геологической среды, в пределах которой развивается золотая минерализация. Именно эта неустойчивость определяет, закономерности размещения месторождений, размеры и особенности рудных тел и распределения плотного (рудного) вещества в них.
Знание закономерностей структурной организации полей деструктивных и рудных элементов как ключевых маркеров плотностной дифференциации геологической среды, позволит уточнить методы прогноза геомеханических условий горного массива, что повысит безопасность ведения горных работ. Поэтому вопросы исследования структурной организации элементов тектонической деструкции горного массива именно с данных позиций являются актуальными.
Целью настоящей работы является выявление закономерностей распределения элементов тектонической деструкции для прогнозирования геомеханических условий на золоторудных месторождениях.
Идея работы - выявление и последующее использование структурной организации элементов тектонической деструкции как основы для создания эффективных методов прогноза геомеханических условий горного массива на стадии освоения месторождений.
Вышеуказанная цель обусловила следующие задачи исследований:
Обзор и анализ геологических и геомеханических условий золоторудных месторождений.
Выбор методологической основы и методики исследований структурной организации геологической среды.
Геоинформационное исследование закономерностей структурной организации полей развития рудных и безрудных тектонических элементов Дарасун-ского и Березовского золоторудных месторождений.
4. Прогноз геомеханического состояния горного массива и обоснование рекомендаций по использованию его результатов. Методы исследований
Составление количественных полей распределения элементов геологической среды и составление топоповерхностей их структур.
Фрактальный анализ полей концентрации деструктивной тектоники.
Графо-аналитическое моделирование пространственного распределения иерархически дифференцированных элементов геологической среды.
Анализ натурных измерений напряжений горного массива и фактических вредных проявлений горного давления, сопоставление их с установленными закономерностями.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Структуры безрудных и рудных тектонических элементов, как
маркеров наиболее контрастных по плотности вещества участков геоло
гической среды, обладают всеми признаками самоорганизации, тесно со
пряжены между собой в пространстве и обладают одинаковыми фрак
тальными свойствами. Это может расцениваться как признак синхронного
и взаимообусловленного их формирования.
2. Методика фрактального анализа, применяемая при исследовании
структурной организации монопризнаковых подсистем геологической сре
ды должна учитывать специфику компонента (признака). Количественная
характеристика коэффициента подобия между элементами разномасштаб
ных уровней структурной организации в подсистемах геологической среды
должна оцениваться как критерий их устойчивости.
3. Закономерности размещения областей сближенной локализации
скоплений деструктивных элементов и концентраций рудного вещества
могут быть основой для прогноза геомеханических условий горного мас
сива, в т.ч. и в виде опасных проявлений горного давления.
Научная новизна работы
Установлено, что подсистемы локализации рудных тел и безрудных тектонических элементов (тектонических нарушений, трещин) на золоторудных месторождениях сформированы в режиме самоорганизации. Структуры этих подсистем, как сопряженных в пространстве областей гравитационного сжатия и растяжения, иерархичны и обладают свойствами дискретности, упорядоченности, фрактальности (самоподобия), структурной автономности, нелинейности. В подсистеме безрудных тектонических элементов выделяется 17 иерархических уровней, метрические параметры которых последовательно возрастают от 3 см до 2040 м, с масштабным коэффициентом, изменяющимся в пределах 1,43-4,04. В подсистеме рудных тел выявляется 21 уровень в диапазоне размеров от 3 см до 3600 м с масштабным коэффициентом, изменяющимся в пределах 1,45-2,6.
Впервые установлено, что структурные организации полей дизъюнктивов и рудных тел обладают одинаковыми фрактальными свойствами, что возможно лишь при их взаимообусловленном синхронном формировании. Одномас-штабные аномальные концентрации дизъюнктивов и рудной минерализации локализованы близко друг от друга, но не совпадают, что является следствием кооперативного поведения этих двух подсистем в условиях неустойчивого состояния геологической среды.
Впервые установлено, что критерием скорости фрактального роста структурно организованных полей естественной деструкции и оруденения на золоторудных месторождениях является коэффициент масштабного подобия между элементами смежных уровней структур. При коэффициенте 1,6-1,9 выделяются относительно устойчивые области горного массива, при 2,2-2,5 и более — неустойчивые области ускоренного фрактального роста деструктивной подсистемы и ускоренного уплотнения рудной подсистемы. В пределах шахтных полей изученных месторождений выделяются две самые неустойчивые области. Для деструктивных элементов первая область имеет размеры 0,14...0,6 м, вторая 6,2...88 м. Для рудных элементов соответственно: первая - 0,03...0,6 м, вторая - 20...233 м (рудные агрегаты, гнезда и столбы).
Практическая значимость работы
Установлены принципы и разработаны методические рекомендации для проведения регионального и локального прогноза участков высокого напряженного состояния горных пород по пространственному положению аномальных концентраций дизъюнктивов и рудных тел.
Разработан методический принцип локального прогноза участков высокого напряженного состояния горных пород на основе использования параметров структурной организации поля деструктивных элементов и характеристик динамики его фрактального роста.
Выявленные характеристики использованы в «Проекте реконструкции горно-обогатительных и металлургических производств по добыче золота из запасов руд месторождений Дарасунское, Теремки и Талатуй», разрабатываемом ОАО «Институт Иргиредмет», о чем свидетельствует прилагаемый акт внедрения. Полученные результаты были использованы институтом Иргиредмет для обоснования и выбора оптимальных и безопасных вариантов технологии разработки Дарасунского месторождения. Основные выводы диссертации рекомендуются к использованию при исследованиях структурной организации золоторудных, полиметаллических, железорудных и других месторождений, с целью прогноза геомеханических условий горного массива, для повышения безопасности ведения горных работ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обуславливается представительным объемом эксклюзивной геологической информации, представленной зарисовками, картами и схемами поверхностей образцов золо-токварцевых жил размерами от 10x28 до 18x32 см; зарисовками детализацион-ных площадок размерами 0,70x0,8 м и более; зарисовками площадок непрерывного бороздового опробования (площадки размерами 4x1,5 м); геолого-структурными разрезами масштаба 1:25; картами распределения золота масштаба 1:100; блочными карточками масштабов 1:200; проекциями рудных тел на вертикальную плоскость масштаба 1:1000; структурными моделями полей концентрации золота; структурно-геологическими картами масштабов 1:10000;
использованием современных методов исследований при обработке исходных данных; соответствием используемых математических и физических моделей реальному состоянию горного массива на Дарасунском и Березовском месторождениях.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях на факультете геологии, геоинформатики и геоэкологии ИрГТУ (г. Иркутск, 2000-2003 гг.), на горном факультете (г. Иркутск, 2000-2003 гг.), на технических совещаниях в ОАО «Институт Иргиредмет» (г. Иркутск - 2002 г.), в ОАО «Дарасунский рудник» (п. Вершино-Дарасунский -2002 г.)
Публикации.
Основные научные результаты работы опубликованы в 6 печатных работах в технических журналах, сборниках научных трудов и тезисах докладов конференций.
Личный вклад автора.
Автором проанализирован значительный объемом эксклюзивной геологической информации ряда золоторудных месторождений, по которому составлены математические модели пространственного распределения иерархически дифференцированных элементов геологической среды - дизъюнктивов и рудных тел. На основе этих моделей были составлены прогнозные карты ударо-опасности Дарасунского и Березовского месторождений.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков, 30 таблиц, библиографический список из 94 наименований, и приложения.
Автор бесконечно признателен своему научному руководителю д.г.-м.н., проф. В.А. Филонюку за предоставленные эксклюзивные материалы геологической документации, полезные и своевременные советы, Автор выражает благодарность проф., д.т.н. Д.Е. Махно за консультации. Автор глубоко благодарен
11 руководству института «Иргиредмет» за представление материалов исследований геомеханических процессов на золотодобывающих предприятиях.
Обзор и анализ изученности геомеханического состояния горных массивов
Горный массив характеризуется устойчивым и неустойчивым геомеханическим состоянием. При неустойчивом состоянии происходят процессы саморазрушения горных пород.
Саморазрушение горного массива происходит в виде трещинообразова-ния. При достижении пороговой концентрации трещин процесс переходит в лавинообразное разрушение, приводящее к разрыву или сдвигу большой протяженности с выделением мощных импульсов упругой энергии [23,38,39,43]. На региональных участках земной коры происходят землетрясения, на локальных участках (месторождение, шахтное поле) - горные удары.
Процессы трещинообразования происходят повсеместно и постоянно и создают тектоническую структуру земной коры. Землетрясения происходят довольно часто, примерно 10-11 тыс. в год, в том числе более 1000 крупных (бо 20 лее 5 баллов по шкале Г. Ф. Рихтера) [55,77]. Катастрофические землетрясения вызывают значительные разрушения и жертвы. Например, в 1556 г. в китайской провинции Шэньси погибло 830 тыс. человек, в 1908 г. в Мессине (Италия) — 120 тыс., в 1923 г. в Токио — 143 тыс. На территории бывшего СССР катастрофические землетрясения происходили в Ашхабаде, Ялте, Ташкенте, Спитаке и т.д.
Первые горные удары произошли на оловянных рудниках Англии в 1738 г. Во второй половине 19 века горные удары стали отмечаться при разработке угольных месторождений в странах западной Европы. В СССР первые горные удары отмечены в 1944 году на шахтах Кизеловского каменноугольного бассейна [73]. К настоящему времени институтом ВНИМИ и Госгортехнадзором РФ к категории склонных и опасных по горным ударам отнесено более 45 рудных месторождений, в том числе Октябрьское (Норильский ГОК), Николаевское, Южное (ОАО «Дальполиметалл»), Таштагольское и др. [29]
К категории склонных и опасных по горным ударам отнесено шесть золоторудных месторождений: Березовское, Дарасунское, Кочкарское, Невьян-ское, Берикульское, Константиновское.
По силе и характеру горные удары подразделяются на горнотектонические, собственно горные удары, микроудары, толчки, стреляния. Проявления горных ударов создают опасности для людей, приводят к разрушениям горных выработок, к поломкам горной техники и т.д.
Поэтому вопросы прогноза процессов саморазрушения горных массивов, как на региональном уровне (землетрясения), так и на локальном уровне (месторождение, шахтное поле) всегда являются актуальными.
Установлено, что основными факторами, обуславливающими проявления горных ударов, являются способность пород к хрупкому разрушению и наличие высоких напряжений в горном массиве.
О напряженном состоянии массива горных пород нет пока единого мнения. Все гипотезы или теории исходят из принятой модели массива горных пород и, применяя тот или иной математический аппарат, определяют его напря 21 женное состояние. Так, по А.Гейму, горная порода — это изотропное сплошное твердое тело, находящееся в скрыто-пластическом состоянии. От действия гравитационных сил напряжения по всем направлениям благодаря пластическим деформациям выравниваются. Такое напряженное состояние называется гидростатическим.
По А.Н.Диннику, горная порода - также изотропное сплошное твердое тело, но находящееся в упругом состоянии. Напряжения в ней вызываются гравитационными силами и распределяются согласно теории упругости. Поэтому максимальные напряжения направлены вертикально, а горизонтальные равны между собой, но по величине меньше их и определяются через коэффициент Пуассона по известным формулам.
Таким образом, по гипотезам А. Гейма и А.Н. Динника напряженное состояние горных пород определяется их весом, и они подвержены только сжимающим напряжениям.
Однако, исследования многих авторов тектонических движений земной коры [16-21,54] и напряжений горных пород [12,70,72,73] показывают, что фактическое напряженное состояние массивов гораздо сложнее, чем по указанным гипотезам.
Для объяснения такого явления различными авторами стали выдвигаться дополнительные факторы, оказывающие влияние на напряженное состояние массива горных пород, такие как тектонические движения земной коры, тектонические разломы ее, наличие в массиве горных пород газов и воды, прецессия и нутация Земли и др.
Рассмотрим основные понятия о строении земной коры, геотектонике и причинах возникновения гравитационно-тектонических напряжений.
На протяжении последних 200-250 лет появились научные представления о геотектонике Земли. Было создано довольно много гипотез, в той или иной мере объясняющих происхождение земной планеты, ее эндогенных и экзогенных процессов, землетрясений, тектонических движений земной коры и других явлений [12,71]. Абсолютный возраст Земли оценивают в 5.5 миллиарда лет. Начало формирования земной коры- 4.5 - 4.7 миллиарда лет назад. В процессе формирования внутренних оболочек и коры Земля прошла ряд этапов, на протяжении которых произошло разделение на ядро и мантию, образовалась первичная земная кора, верхние слои которой - гранитный и осадочный - активно формировались на протяжении 3.5 миллиарда лет в условиях взаимодействия глубинных процессов с поверхностными.
Теоретическая модель гравитационного растяжения (разуплотнения) массива горных пород
Дислокации на самом детальном уровне образуются в процессе кристаллизации минералов и формирования кристаллических пород при "захлопывании" вакансий, а также в процессе пластической деформации и фазовых превращений в породах. Важной характеристикой дислокационной структуры является плотность дислокаций (в основном неминерализованных трещин). Под плотностью дислокаций понимают суммарную длину дислокаций в соответствующих единицах измерения, приходящуюся на единицу объема (кристалла, породы, массива или территории) выраженную также в соответствующих единицах измерения. Поведение дислокаций хорошо изучено в области металловедения. Концентрация дислокации является параметром, управляющим поведениєм хрупких материалов под нагрузкой или вообще в условиях неустойчивости. Пластическая деформация начинается в тот момент, когда дислокации становится настолько много, что расстояние между ними снижается до критического значения, ниже которого они начинают активно взаимодействовать между собой. Так начинают проявляться коллективные эффекты. В массивах горных пород это типичные реологические процессы структурно вещественных превращений, сопровождаемые физико-химическими, механическими и другими явлениями. Они происходят на различных масштабных уровнях и в различных координатах времени.
Коллективные эффекты выражаются в сложном согласованном поведении, которое не присуще одиночным дислокациям. Оно приводит к значительному усилению диссипации подводимой или возникшей свободной энергии Известно два основных механизма коллективного взаимодействия дислокационных элементов трансляционный (от англ translation - перенос), когда дислокационные элементы и даже их структуры перемешаются параллельно самим себе, и ротационный (от англ rotation - вращение), когда дислокационные структуры как единое целое поворачиваются относительно какой-либо точки.
Оба этих механизма приводят к образованию последовательных уровней дислокационных структур Действие этих механизмов, можно представить следующим образом.
Исходный горный массив, не подвергавшийся еще никаким внешним нагрузкам имеет начальную плотность дислокаций, которая количественно и структурно изменяется при изменении внешних условий. Например, при на-гружении в неоднородной среде возникают многоуровневые системы дислокационных элементов и дислокационных структур. При критическом значении плотности дислокаций в дискретных элементах этих структур наступает переход породной среды из упругого в пластическое состояние, что является причиной механического перемещения отдельных участков породного массива под влиянием силы тяжести и возникновения многих других реологических процессов. Таким образом, один из механизмов диссипации свободной энергии 44
преобразование ее в энергию образования дислокаций. За счет этого, каждая вновь возникающая одиночная дислокация запасает определенную порцию энергии. Следующий механизм диссипации позволяет избавляться от части энергии, запасенной одиночными дислокациями, за счет их перемещения и объединения. Оба этих механизма действуют на всех масштабных уровнях. Но если на масштабе отдельных дислокаций они приводят к формированию дисклинации (перемещение вдоль дислокации), то на больших масштабах в действие вступают коллективные эффекты Они позволяют целым коллективам дислокации действовать как единое целое и формировать более крупные и сложные структуры.
До определенного момента дисклинации обеспечивают возможность перемещений лишь параллельно самим себе (трансляционный характер перемещения). Это обусловлено относительно низкой плотностью дислокаций, которая недостаточна, чтобы обеспечить возможность какого-либо еще вида движения внутри массива. Ведь дислокации делают его структуру более разряженной и внутренне напряженной. Массив становится более текучим и по ряду свойств приближается к жидкому состоянию и в то же время в междислокационных пространствах концентрация напряжений возрастает. Дисклинации имеют различную пространственную ориентацию в объеме массива. Стремление к взаимному объединению, а также возможность перемещаться исключительно трансляционно заставляет дисклинации формировать структуры второго масштабного уровня после одиночных дислокации типа скоплений. В этих скоплениях отдельные дисклинации пространственно разориентированы друг относительно друга, что не позволяет им в полной мере диссипировать энергию за счет объединения. При достижении очередной критической плотности дислокаций текучесть материала оказывается достаточной для того, чтобы в нем могло происходить вращение дислокационных и дисклинационных структур (ротационный характер перемещения). При этом снимается пространственная разориентация дисклинации в скоплениях и становится возможным их более полное объединение. Чтобы сохранить пространственную сплошность массив вынужден образовывать периодическую структуру. Это приводит к перестройке структуры массива и формированию ячеистых или сетчатых структур. Такие структуры выявлены практически на всех исследуемых масштабных уровнях (монолитный образец, забой горной выработки, опорный геологический разрез и т.д) [59,81] (Результаты этих исследований приведены в главе 4.
Границы ячеистой структуры начинают притягивать дислокации, которые продвигаются к ним для взаимного объединения. Толщина границ со временем постепенно увеличивается. Плотность дислокации на границах увеличивается, тогда, как в теле самих ячеек она становится равной первоначальной, т.е. остаётся практически неизменной. Плотность дислокации в массиве на этапе возникновения ячеистой структуры на примере Дарасунского рудного поля достигает (50 — 60) х104 м/м2.
Обзор геомеханических условий массивов горных пород...
По данным С.П.Летунова (1994) в пределах Дарасунской вулкано-купольной структуры условно выделяются концентрические зоны с промежуточным и внутренним контурами, при этом центры внутренней и промежуточной кольцевых зон не совпадают. Вся овальная структура сопровождается тре-щинно-кольцевой системой даек микро-габбро, тяготеющей к периферии этой структуры. Считается что в промежуточной зоне, интенсивно нарушенной раз-ломной тектоникой, развиты наиболее молодые дайки гибридных порфиров и лампрофиров. Центральное гранитное ядро Дарасунской купольной структуры своей внешней границей контролирует положение пояса рудных жил, имеющего овальную форму. В пределах пояса выделено восемь морфологических типов жил начиная от достаточно протяжённых (магистральных), пересекающих по диагонали всю вулкано-купольную постройку, до весьма мелких (по длине) различно ориентированных жил, локализованных в виде дискретных скоплений и локальных жильных систем, напоминающих структуру «конского хвоста».
Последние обычно тяготеют к флангам протяжённых жил. Дайки и жилы пространственно тесно сопряжены с многочисленными «нематериализованны-ми» тектоническими разрывами различных типов (сброс, сдвиг, надвиг и др.), протяжённости, ориентировки и наклона, в том числе и по отношению к элементам залегания жильных формирований. Распределение разрывных нарушений по площади неравномерное, часто, также как и у рудных жил, в виде пространственно рассредоточенных участков их повышенных скоплений.
Таким образом, в пределах месторождения имеет место комплекс разнообразных жильных образований, вероятнее всего генетически связанных с этапом мезозойской тектоно-магматической активизации и непосредственно с формированием вулкано-купольной структуры, и интенсивно развитую систему тектонических разрывов.
Месторождение представлено свитой маломощных крутопадающих кварцево-сульфидных жил, залегающих в кварцевых диоритах, габбродиори-тах, амфиболитах, гранодиоритах. Некоторые из них прослеживаются до глубины 800-2200 м. Жилы месторождения, как правило, маломощные. Мощность кварц-сульфидной части по простиранию и по падению значительно варьирует от 0-10 до 25 см. В результате хлоритизации и серицитизации вмещающие породы на контакте с жилой изменены и имеют сульфидную вкрапленность. За счет вкрапленности промышленная мощность жил увеличивается местами до 20 м, а в среднем составляет 0,6-1,2 м. Жилы в основном крутопадающие и имеют значительные размеры по простиранию и падению.
На месторождении условно выделено три участка: «Центральный», «Восточный», «Западный». Центральный участок представлен жилами северовосточного простирания (Главная, Футбольная, Ново-Кузнецкая и др.). Жилы северо-западного простирания значительно меньше по размерам и запасам промышленных руд.
Вмещающие породы месторождения представлены грано-диоритами, кварцевыми диоритами, габбродиоритами, кварцевыми порфиритами, гранитами, кварцевыми амфиболитами. Крепость пород по шкале проф. Протодьяко-нова М.М. 12-18, руд - 6-10.
Месторождение характеризуется сложной тектоникой. Тектонические особенности массива определяются в первую очередь развитием в его пределах большого количества трещин, зон смятия, разрывных нарушений. Исследованиями выявлено до 9 систем трещин. Выявлено, что доля систем трещин IV, V, VI, VII составляет 46% от общего их количества, элементы залегания их близки к элементам залегания рудных тел месторождения (табл. 3.4). Наибольшим развитием на месторождении пользуются близширотные трещины (36,7%), трещины северо-восточного направления - 33,7% и северо-западного 29,6% (см.табл.3.4). Если к группе систем близширотного направления добавить одну из наиболее близких к ним III систему северо-восточного простирания, то их доля от общего количества трещин составляет 46,7 %.
По степени устойчивости пород балансовые запасы рудника классифицируются следующим образом: устойчивые - 18,1 %, неустойчивые 39,4 %, весьма неустойчивые - 43,5 %.
На месторождении отмечено более 40 случаев саморазрушения горных пород в виде горных ударов (интенсивное заколообразование, «шелушение», «стреляние», микроудары). Месторождение отнесено [29] к категории месторождений, угрожаемых по горным ударам.
Дарасунское месторождение разрабатывается подземным способом с 1930 года. Месторождение вскрыто тремя эксплуатационными стволами шахт («Центральная», «Восточная», «Юго-Западная») и тремя вспомогательными (№14, №10, «Слепая»).
Высота этажа принята 50 м. Квершлаги пройдены без крепления, в местах тектонических нарушений закреплены деревянной крепью с закладкой пустот в кровле. Откаточные штреки пройдены по рудному телу. В местах ведения очистных работ предусмотрено крепление штреков неполными дверными окладами с установкой люков через 1,5-2,0 м для выпуска руды.
Основной системой разработки является система с магазинированием руды в двух вариантах: с креплением и без крепления очистного пространства. Выемка руды осуществляется лентами (по терминологии рудника). Блок по простиранию разделяется на ленты, которые отрабатываются по восстанию мелкошпуровой отбойкой слоями высотой- 1,2-1,5 м. Ширина лент от 10-15 до 20-35 м. Между лентами проходится восстающий, который закрепляется сплошной врубовой крепью. В одном блоке обычно от 3 до 10 лент. Отработка лент ведется в основном без оставления целиков, иногда оставляются нерегулярные целики с непромышленными или безрудными запасами. При доработке лент оставляется потолочина высотой 2-4 м. Отработка этажа производится сверху вниз. Порядок отработки - по простиранию от центра к флангам, иногда применяется комбинированный. Глубина горных работ достигла 700 м.
Удароопасные участки предусматривается отрабатывать неудароопас-ными технологиями: системой с магазинированием руды в варианте разгрузки потолочин щелями или в варианте замены рудных целиков искусственными, системой подэтажной селективной выемки с закладкой очистного пространства подрываемыми боковыми породами, системой горизонтальных слоев с закладкой, в том числе гидравлической и твердеющей и др. [Эти системы более трудоемки и менее производительны, чем применяемые системы с магазиниро-ванием руды.
Региональные и локальные прогнозы удароопасности на руднике не проводились. Удароопасные участки выявляются только по фактам проявлений горного давления в динамических формах.
На основании изложенного можно сделать следующий вывод. Золоторудные месторождения характеризуются сложной структурой дизъюнктивных нарушений. Тектонические нарушения и трещины сопряжены с процессами оруденения и определяют напряженное состояние горного массива.
Горный массив разделен дизъюнктивными элементами на структурные блоки различных порядков. Процессы структурообразования деструктивных и золоторудных элементов недостаточно изучены. Поэтому на рудниках не имеется достаточно надежных методов регионального и локального прогноза геомеханического состояния горного массива.
Закономерности структурной организации поля распределения деструктивных элементов как механически разуплотненных сред
Структурная организация поля деструктивных элементов проанализированы на базе имеющихся данных геологической документации: структурно-геологических карт различных месторождений, разрезов по горным выработкам, зарисовок детализационных площадок, данных бороздового опробования, зарисовок поверхностей образца кварцевой жилы. Эта документация представляет данные о строении золоторудных месторождений на различных иерархических уровнях, начиная от уровней, сопоставимыми с размерами минеральных зерен до уровней рудных полей. На ее основе составлена обобщенная модель структурной организации полей деструктивных и рудных элементов как самостоятельных подсистем геологической среды.
В качестве основных параметров структурной организации выбраны средние размеры ячеек общей структурной матрицы, контролирующей размещение максимумов разных иерархических уровней, и масштабные коэффициенты между ними. Анализ проводился по методике, изложенной в разделе 2.4.3.
Для изучения параметров структурной организации поля распределения трещин на микроуровне (от нескольких сантиметров до полуметра) было проанализировано несколько срезов монолита из кварцевой жилы размерами от 10x28 до 18x32 см (прил.2), два из которых показаны на рис. 4.6. Для большей наглядности дополнительно составлены карты распределения концентраций микротрещин (рис.4.7, прил.2), на которых выделены их максимумы. Эти максимумы сгруппировались в ячейки трех смежных иерархических уровней (уровни I-III). Параметры структурной организации поля распределения микротрещин приведены в таблице 4.1.
Выявляется, что наиболее представительным уровнем, определенным на образце такого маленького размера, является уровень с размером зоны его влияния примерно 7-8 см. Два его смежных уровня (с размерами соответственно 3 и 14 см) можно определить лишь в первом приближении (см. рис.4.7, табл. 4.1). Оценить их достоверность представляется возможным при создании обобщенной модели структурной организации поля деструкции в целом.
Следующий уровень трещиноватости оценивался по зарисовке детализа-ционной площадки размерами 0,70x0,8 м (рис. 4.8). На рисунке выделяются два максимума трещиноватости. Расстояние между ними равно 0,55 м. Иерархический номер этого уровня IV.
Иерархические уровни более высоких порядков выявлялись на геолого-структурных разрезах месторождения Кыллах. Выявлены уровни V-VIII с размерами ячеек от 1 до 6,2 м (рис. 4.9, табл. 4.2).
Для подтверждения универсальности установленных иерархических уровней выявили их по данным месторождения Жила № 7/2. (табл. 4.3). Полученные значения параметров не противоречат выявленным ранее. Попутно выявляется еще один уровень с размерами его ячейки порядка 15 м (уровень IX).
Схема распределения концентраций трещин, усл. ед. Месторождение Кыллах. а) Наклонный штрек. Юго-восточная стенка. Опорный геолого структурный разрез по рудному телу 1. Размер ячейки 0,417x0,417 м. б) Подэтажный штрек 1.Опорный геолого-структурный разрез. Размер ячейки 0,417x0,417 м в) Совмещенный геологический разрез по рудному телу. ОВ-17 С-В стен ка. Размер ячейки 0,455x0,455 м г) Совмещенный геологический разрез по рудному телу. ОВ-11 С-В стен ка. Размер ячейки 0,455x0,455 м д) Совмещенный геологический разрез по рудному телу. ОВ-5 Ю-3 стен ка. Размер ячейки 0,455х 0,455 м Чтобы оценить параметры иерархических уровней более высокого порядка, были изучены проекции горных выработок на вертикальную плоскость месторождения Березовское масштаба 1:1000. Схема распределения концентраций дизъюнктивных нарушений одного из разрезов изображена на рис. 4.10. На основе этих исследований установлены иерархические уровни Х-ХШ с размерами ячеек их матрицы соответственно: 32, 87, 125, 233 м (табл.4.4).
