РОЛЬ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ В ЭФФЕКТИВНОМ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ ГОРНОРУДНЫХ РАБОТ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГУЖУМСАЙ, УЗБЕКИСТАН)
|
РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОЛОГО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Физико-географическая характеристика района работ 8
1.2 Геолого-тектоническое строение месторождения Гужумсай 10
1.3 Обзор и анализ ранее проведенных исследований 11
2. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГУЖУМСАЙ 14
2.1 Методика проведения инженерно-геологических исследований 14
2.2 Характеристика трещиноватости и нарушенности горных пород 24
3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГОРНО
РУДНЫЕ РАБОТЫ 29
3.1 Гидрогеологические условия месторождения 29
3.2 Инженерно-геологическое районирование месторождения 34
3.3 Влияние инженерно-геологических факторов на эффективность и безопасность
горнорудных работ 36
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВЕДЕНИЯ ГОРНО-РУДНЫХ РАБОТ 40
4.1 Инженерно-геологические мероприятия при проектировании и строительстве
горных выработок 40
4.2 Мероприятия по управлению гидрогеологическими условиями 43
Основные выводы по результатам исследования 49
Рекомендации 51
ЛИТЕРАТУРЫ 53
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ И ГЕОЛОГО-ТЕКТОНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Физико-географическая характеристика района работ 8
1.2 Геолого-тектоническое строение месторождения Гужумсай 10
1.3 Обзор и анализ ранее проведенных исследований 11
2. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГУЖУМСАЙ 14
2.1 Методика проведения инженерно-геологических исследований 14
2.2 Характеристика трещиноватости и нарушенности горных пород 24
3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ГОРНО
РУДНЫЕ РАБОТЫ 29
3.1 Гидрогеологические условия месторождения 29
3.2 Инженерно-геологическое районирование месторождения 34
3.3 Влияние инженерно-геологических факторов на эффективность и безопасность
горнорудных работ 36
4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЧЕТУ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВЕДЕНИЯ ГОРНО-РУДНЫХ РАБОТ 40
4.1 Инженерно-геологические мероприятия при проектировании и строительстве
горных выработок 40
4.2 Мероприятия по управлению гидрогеологическими условиями 43
Основные выводы по результатам исследования 49
Рекомендации 51
ЛИТЕРАТУРЫ 53
В условиях возрастающей потребности мировой экономики в минеральных ресурсах, эффективность и безопасность горнорудных работ приобретают первостепенное значение. Инженерная геология, как научная дисциплина, играет ключевую роль в обеспечении устойчивого развития горнодобывающей отрасли, предоставляя комплексные данные для принятия обоснованных технических и управленческих решений.
Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью оптимизации процессов разработки месторождений в сложных геолого-структурных условиях. Золоторудное месторождение Гужумсай, расположенное в Кошрабодском районе Самаркандской области Республики Узбекистан, является характерным примером такого объекта. Сложный рельеф, представленный низкогорьем с расчлененным рельефом и абсолютными отметками от 900 до 1025 м и более, в сочетании со сложным геологическим строением, включающим интрузивные скальные породы палеозоя и перекрывающие их рыхлые неоген-четвертичные отложения, обуславливают повышенные требования к инженерно-геологическому сопровождению горных работ. Тектонические нарушения и разломные зоны дополнительно осложняют геодинамическую обстановку, увеличивая риски возникновения геологических опасностей.
Целью данного исследования является комплексная оценка роли инженерной геологии в обеспечении эффективного и безопасного освоения золоторудного месторождения Гужумсай. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
• анализ физико-географических и геолого-тектонических особенностей района исследования, определяющих условия формирования и развития инженерногеологических процессов.
• детальная характеристика трещиноватости и нарушенности горных пород, как ключевых факторов, влияющих на устойчивость массива и гидродинамические процессы.
• определение физико-механических свойств горных пород, необходимых для количественной оценки устойчивости и деформируемости массива.
• оценка гидрогеологических условий месторождения, включающая анализ режима подземных вод и их взаимодействия с горными выработками.
• выявление закономерностей влияния инженерно-геологических факторов на параметры горнорудных работ.
• разработка научно-обоснованных рекомендаций по оптимизации инженерногеологического обеспечения разработки месторождения.
Объектом исследования является месторождение Гужумсай. Предметом исследования выступают инженерно-геологические процессы и их влияние на эффективность и безопасность горнорудных работ.
В работе используются комплексные методы исследования, включающие: анализ фондовых и литературных источников, полевые инженерно-геологические наблюдения, лабораторные исследования физико-механических свойств горных пород, статистическую обработку данных и картографическое моделирование.
Научная новизна исследования заключается в системном подходе к оценке роли инженерной геологии в условиях сложного геолого-структурного строения месторождения Гужумсай, разработке новых методических подходов к прогнозированию инженерногеологических рисков. Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных результатов для повышения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации горно-рудных предприятий, снижения аварийности и минимизации негативного воздействия на окружающую среду
Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью оптимизации процессов разработки месторождений в сложных геолого-структурных условиях. Золоторудное месторождение Гужумсай, расположенное в Кошрабодском районе Самаркандской области Республики Узбекистан, является характерным примером такого объекта. Сложный рельеф, представленный низкогорьем с расчлененным рельефом и абсолютными отметками от 900 до 1025 м и более, в сочетании со сложным геологическим строением, включающим интрузивные скальные породы палеозоя и перекрывающие их рыхлые неоген-четвертичные отложения, обуславливают повышенные требования к инженерно-геологическому сопровождению горных работ. Тектонические нарушения и разломные зоны дополнительно осложняют геодинамическую обстановку, увеличивая риски возникновения геологических опасностей.
Целью данного исследования является комплексная оценка роли инженерной геологии в обеспечении эффективного и безопасного освоения золоторудного месторождения Гужумсай. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
• анализ физико-географических и геолого-тектонических особенностей района исследования, определяющих условия формирования и развития инженерногеологических процессов.
• детальная характеристика трещиноватости и нарушенности горных пород, как ключевых факторов, влияющих на устойчивость массива и гидродинамические процессы.
• определение физико-механических свойств горных пород, необходимых для количественной оценки устойчивости и деформируемости массива.
• оценка гидрогеологических условий месторождения, включающая анализ режима подземных вод и их взаимодействия с горными выработками.
• выявление закономерностей влияния инженерно-геологических факторов на параметры горнорудных работ.
• разработка научно-обоснованных рекомендаций по оптимизации инженерногеологического обеспечения разработки месторождения.
Объектом исследования является месторождение Гужумсай. Предметом исследования выступают инженерно-геологические процессы и их влияние на эффективность и безопасность горнорудных работ.
В работе используются комплексные методы исследования, включающие: анализ фондовых и литературных источников, полевые инженерно-геологические наблюдения, лабораторные исследования физико-механических свойств горных пород, статистическую обработку данных и картографическое моделирование.
Научная новизна исследования заключается в системном подходе к оценке роли инженерной геологии в условиях сложного геолого-структурного строения месторождения Гужумсай, разработке новых методических подходов к прогнозированию инженерногеологических рисков. Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных результатов для повышения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации горно-рудных предприятий, снижения аварийности и минимизации негативного воздействия на окружающую среду
Выполненное в рамках магистерской диссертации инженерно-геологическое и гидрогеологическое исследование условий месторождения Гужумсай позволило комплексно изучить особенности инженерно-геологической обстановки, установить закономерности формирования провальных воронок и определить их влияние на безопасность и эффективность подземных горных работ.
На основании обобщения материалов натурных наблюдений, геофизических исследований, анализа гидрогеологических режимных наблюдений, а также изучения трещиноватости и тектонических нарушений, выполнена систематизация инженерногеологических условий и предложены практические рекомендации по повышению устойчивости массива.
В результате проведённых исследований установлено, что основные инженерногеологические сложности месторождения Гужумсай связаны с залеганием мощной толщи четвертичных рыхлых отложений, высокой трещиноватостью и блоковым строением палеозойских интрузивных пород, а также интенсивным развитием фильтрационных и суффозионных процессов.
Наибольшую опасность в условиях подземной отработки представляют зоны тектонических нарушений, отличающиеся пониженной устойчивостью пород и повышенной водопроницаемостью. Именно в пределах этих зон зафиксировано формирование провальных воронок диаметром от 15 до 80 м и глубиной до 35 м, развитие которых сопровождалось образованием дугообразных трещин на дневной поверхности и поступлением подземных вод с дебитом до 136 л/с.
Анализ причин и механизмов формирования провалов показал, что основными предпосылками их возникновения являются:
• повышенная трещиноватость и наличие разломов с простиранием 70-80°;
• наличие мощных водонасыщенных четвертичных отложений;
• вибрационное воздействие от буровзрывных работ и работы горной техники;
• сезонное повышение уровня подземных вод в зимне-весенний период;
• развитие фильтрационных и суффозионных процессов, приводящих к выносу мелкодисперсного материала из массива.
Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования позволили установить характерные параметры участков обрушений и определить зоны наибольшей провалоопасности. На основании анализа изменяющихся прочностных характеристик 49
массива установлено, что в зоне провала прочность на сжатие снижается с 101 до 63,8 МПа, сцепление с 27,5 до 10 МПа, а угол внутреннего трения — с 55° до 52°.
Результаты геофизических исследований (метод ВЭЗ) позволили выделить участки с наибольшей водонасыщенностью, где коэффициент фильтрации достигает 18,0 м/сут, что в сочетании с развитой трещиноватостью значительно увеличивает риск формирования провалов.
Установлено, что формирование провальных воронок оказывает серьёзное влияние на безопасность и организацию горных работ, вызывая:
• обрушение кровли и бортов выработок;
• увеличение объёмов водопритоков;
• необходимость усиленного крепления и изменения параметров систем разработки;
• перераспределение напряжений в массиве;
• увеличение стоимости строительных и водоотливных мероприятий;
• снижение производственной эффективности.
На основании проведённых исследований разработаны обоснованные
рекомендации по инженерной защите горных работ и управлению гидрогеологическими условиями. Предложено осуществить инженерно-геологическое районирование месторождения с выделением зон различной степени провалоопасности, предусмотреть комплекс водопонизительных мероприятий, включая бурение дренажных и отводящих скважин, устройство цементационных завес и организацию водоотливных узлов.
Также рекомендуется внедрить регулярный мониторинг за состоянием массива с использованием пьезометрических скважин, тензометрических датчиков и геодезического контроля за осадками земной поверхности. Выполнение расчётного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива позволит своевременно прогнозировать зоны вероятных деформаций и обрушений.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей формирования провальных воронок в условиях высокотрещиноватых интрузивных пород и мощных рыхлых отложений, а также в выявлении влияния сезонной динамики водопритоков и вибрационных нагрузок на устойчивость массива.
Практическое значение полученных результатов заключается в возможности использования разработанных рекомендаций для повышения безопасности и эффективности подземных горных работ на месторождении Гужумсай и аналогичных по инженерно-геологическим условиям объектах.
Таким образом, выполненная работа имеет как теоретическое, так и прикладное значение, обеспечивая научное обоснование инженерной защиты подземных горных работ в сложных инженерно-геологических условиях.
Рекомендации
На основании проведённых инженерно-геологических, гидрогеологических и геофизических исследований в пределах месторождения Гужумсай, а также анализа закономерностей формирования провальных воронок и их влияния на безопасность ведения горных работ, предлагается внедрение следующего комплекса организационнотехнических и инженерных мероприятий:
Проведение инженерно-геологического районирования месторождения с выделением зон по степени провалоопасности:
- I категория — участки с высоким риском провалов вблизи зон тектонических разломов;
- II категория — зоны потенциальной деформации и развития водопритоков;
- III категория — устойчивые участки без признаков деформации.
Разработка системы мониторинга состояния массива, включающей:
- регулярные геофизические обследования (метод ВЭЗ) для контроля зон повышенной водонасыщенности;
- установку пьезометров для контроля уровня подземных вод;
- организацию геодезических наблюдений за осадками земной поверхности в районе прогнозируемых обрушений;
- применение тензометрических датчиков для оценки напряжённо- деформированного состояния массива.
Выполнение комплекса водоотливных и водопонизительных мероприятий:
- бурение дренажных и водоотводных скважин на горизонтах +780, +720, +660 м;
- устройство цементационных завес в зонах тектонических нарушений;
- строительство водосборников и насосных станций повышенной производительности в наиболее обводнённых участках.
Разработка мероприятий по усилению крепления подземных выработок в пределах зон повышенной трещиноватости и водопритоков с применением комбинированных систем крепления: анкерных установок, торкрет-бетона, металлических рамных крепей.
Выполнение расчётного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива с учётом сезонных колебаний водопритоков и вибрационного воздействия от взрывных работ, с целью своевременного прогнозирования зон вероятных деформаций.
Разработка нормативно-технической документации по инженерной защите и безопасному ведению горных работ на участках с повышенной провалоопасностью.
Проведение плановых профилактических мероприятий по контролируемому водопонижению в зимне-весенний период для предотвращения обводнения массива и снижения рисков внезапных обрушений.
Внедрение предложенного комплекса мероприятий позволит существенно снизить риски аварийных обрушений, увеличить безопасность ведения подземных горных работ, повысить эффективность эксплуатации месторождения и обеспечить сохранность инфраструктуры в пределах месторождения Гужумсай.
На основании обобщения материалов натурных наблюдений, геофизических исследований, анализа гидрогеологических режимных наблюдений, а также изучения трещиноватости и тектонических нарушений, выполнена систематизация инженерногеологических условий и предложены практические рекомендации по повышению устойчивости массива.
В результате проведённых исследований установлено, что основные инженерногеологические сложности месторождения Гужумсай связаны с залеганием мощной толщи четвертичных рыхлых отложений, высокой трещиноватостью и блоковым строением палеозойских интрузивных пород, а также интенсивным развитием фильтрационных и суффозионных процессов.
Наибольшую опасность в условиях подземной отработки представляют зоны тектонических нарушений, отличающиеся пониженной устойчивостью пород и повышенной водопроницаемостью. Именно в пределах этих зон зафиксировано формирование провальных воронок диаметром от 15 до 80 м и глубиной до 35 м, развитие которых сопровождалось образованием дугообразных трещин на дневной поверхности и поступлением подземных вод с дебитом до 136 л/с.
Анализ причин и механизмов формирования провалов показал, что основными предпосылками их возникновения являются:
• повышенная трещиноватость и наличие разломов с простиранием 70-80°;
• наличие мощных водонасыщенных четвертичных отложений;
• вибрационное воздействие от буровзрывных работ и работы горной техники;
• сезонное повышение уровня подземных вод в зимне-весенний период;
• развитие фильтрационных и суффозионных процессов, приводящих к выносу мелкодисперсного материала из массива.
Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования позволили установить характерные параметры участков обрушений и определить зоны наибольшей провалоопасности. На основании анализа изменяющихся прочностных характеристик 49
массива установлено, что в зоне провала прочность на сжатие снижается с 101 до 63,8 МПа, сцепление с 27,5 до 10 МПа, а угол внутреннего трения — с 55° до 52°.
Результаты геофизических исследований (метод ВЭЗ) позволили выделить участки с наибольшей водонасыщенностью, где коэффициент фильтрации достигает 18,0 м/сут, что в сочетании с развитой трещиноватостью значительно увеличивает риск формирования провалов.
Установлено, что формирование провальных воронок оказывает серьёзное влияние на безопасность и организацию горных работ, вызывая:
• обрушение кровли и бортов выработок;
• увеличение объёмов водопритоков;
• необходимость усиленного крепления и изменения параметров систем разработки;
• перераспределение напряжений в массиве;
• увеличение стоимости строительных и водоотливных мероприятий;
• снижение производственной эффективности.
На основании проведённых исследований разработаны обоснованные
рекомендации по инженерной защите горных работ и управлению гидрогеологическими условиями. Предложено осуществить инженерно-геологическое районирование месторождения с выделением зон различной степени провалоопасности, предусмотреть комплекс водопонизительных мероприятий, включая бурение дренажных и отводящих скважин, устройство цементационных завес и организацию водоотливных узлов.
Также рекомендуется внедрить регулярный мониторинг за состоянием массива с использованием пьезометрических скважин, тензометрических датчиков и геодезического контроля за осадками земной поверхности. Выполнение расчётного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива позволит своевременно прогнозировать зоны вероятных деформаций и обрушений.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей формирования провальных воронок в условиях высокотрещиноватых интрузивных пород и мощных рыхлых отложений, а также в выявлении влияния сезонной динамики водопритоков и вибрационных нагрузок на устойчивость массива.
Практическое значение полученных результатов заключается в возможности использования разработанных рекомендаций для повышения безопасности и эффективности подземных горных работ на месторождении Гужумсай и аналогичных по инженерно-геологическим условиям объектах.
Таким образом, выполненная работа имеет как теоретическое, так и прикладное значение, обеспечивая научное обоснование инженерной защиты подземных горных работ в сложных инженерно-геологических условиях.
Рекомендации
На основании проведённых инженерно-геологических, гидрогеологических и геофизических исследований в пределах месторождения Гужумсай, а также анализа закономерностей формирования провальных воронок и их влияния на безопасность ведения горных работ, предлагается внедрение следующего комплекса организационнотехнических и инженерных мероприятий:
Проведение инженерно-геологического районирования месторождения с выделением зон по степени провалоопасности:
- I категория — участки с высоким риском провалов вблизи зон тектонических разломов;
- II категория — зоны потенциальной деформации и развития водопритоков;
- III категория — устойчивые участки без признаков деформации.
Разработка системы мониторинга состояния массива, включающей:
- регулярные геофизические обследования (метод ВЭЗ) для контроля зон повышенной водонасыщенности;
- установку пьезометров для контроля уровня подземных вод;
- организацию геодезических наблюдений за осадками земной поверхности в районе прогнозируемых обрушений;
- применение тензометрических датчиков для оценки напряжённо- деформированного состояния массива.
Выполнение комплекса водоотливных и водопонизительных мероприятий:
- бурение дренажных и водоотводных скважин на горизонтах +780, +720, +660 м;
- устройство цементационных завес в зонах тектонических нарушений;
- строительство водосборников и насосных станций повышенной производительности в наиболее обводнённых участках.
Разработка мероприятий по усилению крепления подземных выработок в пределах зон повышенной трещиноватости и водопритоков с применением комбинированных систем крепления: анкерных установок, торкрет-бетона, металлических рамных крепей.
Выполнение расчётного моделирования напряжённо-деформированного состояния массива с учётом сезонных колебаний водопритоков и вибрационного воздействия от взрывных работ, с целью своевременного прогнозирования зон вероятных деформаций.
Разработка нормативно-технической документации по инженерной защите и безопасному ведению горных работ на участках с повышенной провалоопасностью.
Проведение плановых профилактических мероприятий по контролируемому водопонижению в зимне-весенний период для предотвращения обводнения массива и снижения рисков внезапных обрушений.
Внедрение предложенного комплекса мероприятий позволит существенно снизить риски аварийных обрушений, увеличить безопасность ведения подземных горных работ, повысить эффективность эксплуатации месторождения и обеспечить сохранность инфраструктуры в пределах месторождения Гужумсай.
