Введение к работе
Актуальность работы. Объем добычи медных руд подземным способом на Урале составляет более 70 %. Дальнейшее развитие меднорудной базы связано с отработкой нижних горизонтов крупных месторождений (Гайское, Учалинское, Узельгинское), а также с перспективой перехода отработки открытым способом на подземный (Тарньерское, Летнее, Осеннее, Юбилейное, Ново-Учалинское, Западно-Озерное, Озерное, Подольское и т.д.). Строительство шахтных стволов -трудоёмкий и дорогостоящий процесс, от работоспособности стволов зависит эффективность работы всего горнодобывающего предприятия, а также безопасность работников всего подземного рудника. Инженерно-геологическое обеспечение проектирования глубоких шахтных стволов заключается в изучении структуры массива вмещающих пород, их физико-механических свойств, состояния, гидрогеологических условий и горногеологических процессов и явлений. Сложность изучения состоит в том, что исследования проводятся по керну, как правило, единичной структурной скважины, расположенной за пределами рудных тел, в комплексе с геофизическими исследованиями.
Степень ее разработанности. Изучению инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых посвящено много работ, большая часть которых написана в конце XX века такими авторами, как И. В. Абатурова, А. Ф. Алексеев, Э. И. Афанасиади, Г. К. Бондарик, Г. А. Голодковская, В. Т. Глушко, О. Н. Грязнов, О. М. Гуман, С. Г. Дубейковский,
A. С. Зайцев, И. П. Иванов, В. И. Кузькин, В. Д. Ломтадзе, П. Н. Панюков, М.
Е. Певзнер, В. В. Пендин, Е. М. Сергеев, Г. Г. Скворцов, Б. В. Смирнов, С. Н.
Тагильцев, В. Т. Трофимов, Г. Л. Фисенко, В. В. Фромм, Н. С. Шабалина, Л.
B. Шаумян, и многими другими учеными.
Вопросам проектирования глубоких вертикальных горных выработок посвящены работы в основном технического характера. Исследуемая тема отличается от ранее изученных тем, что в ней рассмотрены вопросы проектирования глубоких вертикальных горных выработок в породах баймак-бурибаевской свиты, которая является перспективной для добычи медноколчеданных месторождений Южного Урала, расположенных на больших глубинах.
Цель работы - инженерно-геологическое обеспечение проектных решений по строительству шахтных стволов в глубоких горизонтах Бурибаевского рудного района по данным бурения структурных скважин.
Задачи исследований:
-
Изучение физико-механических свойств горных пород и закономерностей их изменчивости для массивов скальных горных пород Бурибаевского рудного района.
-
Изучение главных факторов, влияющих на изменение физико-механических свойств горных пород.
-
Выбор приоритетных факторов устойчивости скальных массивов и их количественная оценка.
-
Разработка модели инженерно-геологических условий скального массива Бурибаевского рудного района.
-
Прогноз устойчивости скальных пород глубоких горизонтов баймак-бурибаевской свиты.
Научная новизна данной работы заключается в получении новых естественно-научных представлений об инженерно-геологических условиях глубоких горизонтов Бурибаевского рудного района, получении количественных значений факторов, определяющих устойчивость скальных массивов баймак-бурибаевской свиты, которые могут быть использованы при проектировании вертикальных горных выработок новых месторождений в подобных геологических структурах в качестве объекта-аналога.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит том, что содержащиеся в ней выводы и предложения могут быть использованы для дальнейших научных исследований, в частности для исследований пород кварц-хлорит-серицитовой формации на других месторождениях.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении в производство результатов изучения инженерно-геологических условий скального массива баймак-бурибаевской свиты для проектирования глубоких шахтных стволов на Юбилейном месторождении медно-цинково-колчеданных и бурожелезняковых золотосодержащих руд в Республике Башкортостан. Опыт изучения инженерно-геологических условий глубоких горизонтов на Бурибаевском рудном поле может использоваться при проектировании шахтных стволов Подольского и нижних горизонтов Октябрьского месторождения.
Методология и методы исследований: в процессе выполнения исследований широко применялись теоретические обобщения; геологические, гидрогеологические, геофизические, аналитические, экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях; методы физического и численного моделирования. Виды и объемы выполненных работ: инженерно-геологическая документация керна - 4800 п.м., опытно-
фильтрационные работы в скважинах - 31 опыт; геофизические исследования скважин (ГК, КС, ПС, кавернометрия и инклинометрия во всех скважинах, МСК, термометрия и расходометрия) - 4800 п.м., геофизические исследования скважин (волновой акустический каротаж и акустический видеокаротаж) - 4035 п.м. изучение физико-механических свойств грунтов -257 проб (более 770 проб экспресс-методами) и минерального состава грунтов - 336 проб.
Все аналитические исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам. Положения, выносимые на защиту:
-
Изменения физико-механических свойств горных пород глубоких горизонтов Бурибаевского рудного района обусловлены, главным образом, зеленокаменным метаморфизмом зеленосланцевой (актинолит-эпидот-хлоритовой) фации и более поздними гидротермально-метасоматическими изменениями кварц-хлорит-серицитовой формации.
-
Метасоматические горные породы кварц-хлорит-серицитовой формации Бурибаевского рудного района предлагается рассматривать как специфические скальные грунты, которые требуют особых методик изучения.
-
При прогнозировании устойчивости вертикальных горных выработок на этапе проектирования в скальных породах Бурибаевского рудного района необходимо учитывать процессы, вызванные преобразованием пород в условиях зеленосланцевой фации регионального метаморфизма и более поздними гидротермально-метасоматическими изменениями кварц-хлорит-серицитовой формации.
Степень достоверности и апробации результатов
Обоснованность полученных результатов обусловлена корректным использованием математического аппарата, адекватностью разработанных моделей. Достоверность научных результатов и положений подтверждена экспериментальным исследованием, которые были включены в «Отчет по инженерным изысканиям и исследованиям на Юбилейном месторождении медно-цинково-колчеданных и бурожелезняковых золотосодержащих руд в Республике Башкортостан. Подземный рудник. Шахтные стволы «Северный вентиляционный», «Южный вентиляционный», «Главный (Скиповой)», «Вспомогательный (Клетьевой)» ООО «Уралгеопроект», который успешно прошел государственную экспертизу ФАУ "ГЛАВГОСЭКСПЕРТИЗА РОССИИ", г. Москва. Также результаты исследований используются на
кафедре гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ при чтении курсов лекций: «Инженерные изыскания», «Механика горных пород».
Основные положения диссертационной работы были изложены в докладах Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых в рамках «Уральской горнопромышленной декады» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2007, 2008, 2009, 2010, 2012 гг.), Международной научно-технической конференции Хохряковские чтения «Проблемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2007 г.), Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса 3-4 апреля 2008 г. «Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2008 г.), XIII Международном симпозиуме имени М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященном 110-летию со дня рождения профессора, Лауреата Государственной премии СССР К. В. Радугина «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, ТПУ, 2009 г.), II Всероссийской конференции «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2009 г.), Международной научной конференции «Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии» (г. Москва, МГУ, 2010 г.), «Двенадцатые Сергеевские чтения» (г. Москва, Институт геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН, 2010 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Урала и сопредельных территорий» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2011 г.), Шестой Общероссийской конференции изыскательских организаций «Инженерные изыскания в строительстве» (г. Москва, ОАО «ПНИИИС», 2011г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 5 работ - в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией.
