Введение к работе
к. г.-м. н., доцент И. Г.Кирьякова
Актуальность работы. Освоение полиметаллических месторождений Лениногорского района Рудного Алтая продолжается более 250 лет. На современном этапе, в условиях исчерпания фонда расположенных вблизи земной поверхности полиметаллических месторождений, возникла необходимость отработки рудных залежей на значительных глубинах. При экономическом обосновании рентабельности отработки месторождений должно учитываться большое количество горно-геологических, гидрогеологических, технологических и других факторов, каждый из которых может быть решающим при принятии принципиальных решений. С гидрогеологической позиции в горнодобывающем производстве актуален вопрос оптимизации затрат на осушение, которые могут достигать до 10-15% от себестоимости добычи руды.
Вклад в развитие методики обоснования рациональных систем осушения внесли С.К.Абрамов, О.Б.Скиргелло, А.С.Белицкий, Д.Д.Беляев, Г.И.Пастухов, С.В.Троянский, А.И.Чекин и др. В развитии теории и методики численного моделирования в горнопромышленной гидрогеологии несомненны заслуги В.А.Мироненко, В.М.Шестакова, И.Е.Жернова, И.К.Гавич, Ф.П.Стрельского, Ю.И.Кутепова, И.Б.Петровой, В.В.Антонова, Е.А.Ломакина и др.; изучению техногенного режима подземных вод при эксплуатации горнодобывающих предприятий посвящены многочисленные работы Ю.А.Норватова.
В Рудном Алтае накоплен большой опыт разработки месторождений полиметаллических руд в гидрогеологических условиях различной степени сложности. Обобщение и анализ большого количества материалов, полученных в результате работы геологоразведочных и горнодобывающих предприятий района, использование численных геофильтрационных моделей позволяет типизировать и оптимизировать способы осушения карьерных и шахтных полей при освоении перспективных, а так же более глубоких горизонтов и флангов уже отрабатываемых месторождений.
Цель работы. Оптимизация систем осушения на эксплуатируемых и перспективных месторождениях Лениногорского района Рудного Алтая для повышения технико-экономической эффективности их разработки.
Основные задачи исследований: 1) Выявление закономерностей формирования водопритоков в горные выработки на горно-добывающих предприятиях Лениногорского района с учетом влияния природных и техногенных факторов; 2) типизация месторождений Лениногорского по гидрогеологическим условиям разработки с использованием геологоструктурных и гидрогеологических принципов; 3) разработка гидрогеологических, геомеханических и технологических критериев оптимизации осушения месторождений Лениногорского района; 4) определение эффективных методов прогноза водопритоков в горные выработки; 5) обоснование оптимальных способов осушения месторождений.
Основные методы исследований. Теоретические исследования динамики развития природных и природно-техногенных гидрогеологических процессов; типизация гидрогеологических условий; научно-практический анализ влияния специфики геологической и гидрогеологической обстановки на условия освоения месторождений; применение математического моделирования для имитации геофильтрационных процессов с целью расчетов и обработки результатов исследований.
Научная новизна работы.
Предложена типизация полиметаллических месторождений района и их участков по гидрогеологическим условиям разработки.
Установлены основные закономерности влияния применяемых горно-технологических систем на степень и характер изменения гидрогеологических условий разработки месторождений Лениногорского района.
Определены критерии целесообразности осушения руд и вмещающих пород на месторождениях Лениногорского района.
Защищаемые положения.
1. В качестве типизационных критериев оценки сложности гидрогеологических условий освоения месторождений Лениногорского района предложено использовать следующие: особенности геологического строения, фильтрационная неоднородность, преобладающий механизм формирования водопритоков и применяемые способ и система разработки.
2. Для прогноза водопритоков в горные выработки типизация месторождений Лениногорского района позволяет в простых и средней сложности гидрогеологических условиях использовать метод гидрогеологической аналогии при существенной минимизации разведочных работ. Однако на участках месторождений со сложными гидрогеологическим условиями разработки прогноз водопритоков необходимо выполнять на численной геофильтрационной модели с использованием типизационных критериев для схематизации гидрогеологических условий.
3. Специальные способы осушения водонасыщенного массива целесообразно применять только при условии вскрытия аллювиальных отложений в долинах реки открытыми горными выработками или зоной техногенной трещиноватости над подземными выработками, образовавшейся вследствие применения систем отработки с обрушением кровли.
Личный вклад автора.
На основе выявленных геолого-структурных и гидрогеологических признаков разработана типизация полиметаллических месторождений района по степени сложности гидрогеологических условий разработки.
Выполнен прогноз водопритоков в горные выработки и произведено их сравнение с фактическими.
Разработаны численные геофильтрационные модели участков Риддер-Сокольного и Тишинского месторождений.
Произведена оценка изменения гидрогеологических условий разработки рудных месторождений при применении различных горно-технологических систем.
Определены оптимальные способы осушения карьерных и шахтных полей и их участков на месторождениях Лениногорского района.
Достоверность разработанных научных положений и выводов. Обеспечена результатами обобщения гидрогеологическими службами предприятий многолетнего опыта наблюдений и прогноза режима подземных и поверхностных вод на месторождениях, сопоставимостью фактической информации и прогнозных оценок, полученных в результате аналитических расчетов и по результатам работы на численных геофильтрационных моделях.
Практическое значение работы.
На основе произведенной типизации месторождений Лениногорского района по гидрогеологическим условиям отработки предложены рациональные по затратам способы прогноза водопритоков в горные выработки и системы осушения для разрабатываемых (Тишинское, Риддер-Сокольное, Шубинское) и подлежащих разработке (Чекмарь, Ново-Лениногорское, Долинное и Обручевское) месторождений.
Дан прогноз водопритоков к горным выработкам месторождений Чекмарь, Ново-Лениногорское, Долинное и Обручевское.
Разработаны геофильтрационные модели формирования рудничных водопритоков для участков Риддер-Сокольного и Тишинского месторождений.
Дана оценка влияния применяемых горных систем разработки на изменение гидрогеологических условий месторождений.
Обоснована нецелесообразность применения специальных способов осушения метаморфических пород на месторождениях Тишинское и Шубинское.
Выводы и рекомендации, разработанные в диссертации, могут быть использованы при анализе и прогнозе гидрогеологических условий отработки и проектировании систем осушения на рудных месторождениях с аналогичными гидрогеологическими условиями.
Реализация работы. Основные результаты работы использованы при прогнозировании водопритоков в горные выработки и проектировании систем осушения горного массива при отработке нижних горизонтов месторождений Тишинское, Риддер-Сокольное и Шубинское, осваиваемых ТОО «Казцинк» и для корректировки действующих на них систем осушения.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (ВИОГЕМ, г. Белгород, 2003, 2005 г), на международной конференции «Инновационные направления в проектировании горнодобываюих предприятий» (СПГГИ (ТУ), 2010 г), на конференции, посвященной памяти доктора геолого-минералогических наук, профессора, члена-корреспондента РАН Валерия Александровича Мироненко «Дерзость надежд» (г. Санкт-Петербург, 2010 г). Основные положения диссертации отражены в 11 публикациях, в том числе 1 статья в журнале, входящем в Перечень рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 158 страницах, включая введение, 4 главы, заключение, список литературы из 94 наименований, содержит 16 рисунков и 26 таблиц.
