Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время Россия добывает 220 млн.т. сырой и производит 85 млн.т. товарной железной руды, уступая по этому показателю только Австралии, Бразилии и Китаю. Более 70% разведанных запасов и около 80% прогнозных ресурсов железных руд сосредоточены в европейской части страны в пределах КМА. При этом горнодобывающие предприятия Белгородской и Курской областей обеспечивают более 50% объема добываемой руды в стране. Металлургические предприятия Урала, Сибири и Дальнего Востока, имеющие более 65% всех производственных мощностей, испытывают острый дефицит в местных товарных железных рудах. Ввиду недостатка сырья в этих регионах и стремительным наращиванием темпов мировой торговли железорудной продукцией особое внимание уделяется разработке месторождений богатых железных руд (БЖР). Яковлевское месторождение КМА расположено в Белгородском железорудном районе и относится к одному из крупнейших по разведанным запасам высококачественных руд, содержание железа в которых превышает 60%. Однако, разработка месторождения сопряжена с трудностями, связанными с большой глубиной залегания рудного тела, сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями.
Концепция рационального и комплексного использования природных ресурсов Яковлевского месторождения БЖР предопределяет необходимость изучения и оценки гидрогеологических условий этого объекта как для обеспечения безопасности ведения горных работ, так и возможности использования дренируемых подземных вод в бальнеологических целях.
Цель работы. Обеспечение комплексного подхода к анализу и оценке вод руднокристаллического водоносного горизонта для разработки мероприятий по предупреждению вторичного увлажнения БЖР и последующего использования дренируемых вод в бальнеологических целях.
Основные задачи исследований: 1) изучение особенностей формирования химического состава подземных вод руднокристаллического горизонта и анализ его изменения в процессе осушения рудного тела и развития горных работ; 2) исследование гидродинамического взаимодействия руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов, его влияния на безопасность ведения горных работ и преобразование химического состава дренируемых вод; 3) выделение типов дренируемых подземных вод руднокристаллического горизонта для их последующего использования в бальнеологических целях; 4) совершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга подземных вод при разработке Яковлевского рудника для решения вопросов перетекания и вторичного увлажнения БЖР, а также контроля бальнеологического качества подземных вод.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены результаты научно-исследовательских работ, проводившихся на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии СПГГИ(ТУ) при участи автора по темам «Научное сопровождение строительства первой очереди Яковлевского рудника» 2004 г., «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» 2003-2007 гг. На протяжении 2006-2007 гг автором была выполнена специализированная гидрогеохимическая съемка подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта непосредственно в подземных выработках Яковлевского рудника. Проведены исследования химического состава дренируемых вод в полевых и лабораторных условиях с использованием современных методов и аппаратуры. Автором было оценено влияние развития фронта горных работ на интенсификацию процессов перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта в рудный пласт и, как следствие, возможность формирования локальных прорывов подземных вод, а также перспективы использования в бальнеологии вод руднокристаллического горизонта, поступающих в подземные выработки из дренажных горизонтальных скважин. В 2005, 2006 и 2007 гг работа была поддержана персональными грантами американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) для аспирантов.
Основные методы исследований: 1) теоретические исследования формирования химического и газового состава подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта до и в процессе развития горных работ; 2) расчетные методы оценки времени перетекания и формирования локальных прорывов подземных вод в горные выработки; 3) применение современных аналитических методов для оценки химического состава подземных вод в процессе проведения гидрогеохимического мониторинга.
Научная новизна. Установлены закономерности формирования химического состава дренируемых вод Яковлевского рудника при развитии фронта горных работ. Выполнена прогнозная оценка влияния подземных вод руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносного горизонта на активность вторичного увлажнения БЖР и возможность формирования прорывов подземных вод. В зависимости от химического состава в подземных выработках Яковлевского рудника на горизонте -425 м выделены три типа минеральных вод. Предложено усовершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга подземных вод, проводимого с целью выявления зон перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта, а также бальнеологического контроля химического состава вод руднокристаллического водоносного горизонта во времени.
Практическая значимость. Предлагаемая концепция комплексного подхода к анализу и оценке вод руднокристаллического горизонта для разработки мероприятий по предупреждению вторичного увлажнения БЖР в процессе перетекания вод из нижнекаменноугольного горизонта и бальнеологическому использованию подземных вод руднокристаллического горизонта при обязательном контроле их состава и состояния на основе совершенствования и развития системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга рекомендована для использования в создании системы безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается выполненными теоретическими обобщениями по специфике гидрогеологических условий Яковлевского месторождения, значительным объемом шахтных обследований, проведением экспериментальных исследований физических свойств БЖР и химического состава вод руднокристаллического горизонта, выполнением расчетов для определения времени перетекания и прогноза локальных прорывов подземных вод их нижнекаменноугольного водоносного горизонта. Проводимый гидрогеохимический и гидродинамический мониторинг подземных вод полностью подтверждает выполненные ранее прогнозы по расширению фронта перетекания подземных вод нижнекаменноугольного горизонта и влияния тектонических факторов в формировании химического состава дренируемых вод.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на 7 научных конференциях: Международная научно-методическая конференция «XI Научные чтения имени профессора Н.И. Толстихина» (СПГГИ(ТУ), г. Санкт-Петербург, 2004 г.); Межвузовская молодежная научная конференция «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (СПбГУ, г. Санкт-Петербург, 2005, 2006 гг.); 57-я горно-металлургическая научная конференция (Фрайбергская горная академия (технический университет), г. Фрайберг, 2006 г.); II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных стран» (БелГУ, г. Белгород, 2006 г); Ежегодная научная конференция «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ(ТУ), г. Санкт-Петербург., 2005, 2007 гг.)
Основные положения диссертации отражены в 10 опубликованных научных работах, 6 из которых приведены в списке основных публикаций, в том числе 2 работы в издании, входящем в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 201 странице, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 121 наименования, содержит 53 рисунка, 46 таблиц, 12 фотографий.
