авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Комплексный подход к изучению, оценке и использованию подземных вод яковлевского месторождения богатых железных руд (кма)

-- [ Страница 2 ] --

Воды руднокристаллического водоносного горизонта также содержат такие микрокомпоненты, как фтор, бор, бром, кремний. Согласно заключению Института курортологии и физиотерапии, выполненное еще в 1970 г., «…воды руднокристаллического водоносного горизонта могут быть использованы для питьевого лечения заболеваний органов пищеварения и при нарушении обмена веществ» (с. 439, Гидрогеология СССР. Т. IV, 1971 г.). В рамках реализации концепции комплексного использования полезных ископаемых в 2004 г. был поставлен вопрос об использовании дренируемых вод руднокристаллического горизонта в бальнеологических целях. При этом попутно могут решаться экологические вопросы, связанные со снижением объема сброса хлоридных натриевых вод в речную систему Днепра.

Сложность гидрогеологических условий Яковлевского рудника определяется следующими факторами:1) значительной глубиной залегания рудной залежи (более 525 м); 2) присутствием в кровле рудного тела напорного и неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта, гидравлически связанного с руднокристаллическим горизонтом; 3) отсутствием выдержанных водоупоров между двумя вышеупомянутыми водоносными горизонтами; 4) неоднородностью по проницаемости водовмещающих пород нижнекаменноугольного и руднокристаллического водоносных горизонтов; 5) повышенными содержаниями хлор-иона, натрия, фторидов, брома, бора, сероводорода и, соответственно, повышенной минерализацией подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта; наиболее высокие минерализации хлоридных натриевых вод (до 10000-12000 мг/дм3) отмечаются в зонах тектонических трещин кристаллического массива; 6) руднокристаллический горизонт осушен в пределах первой очереди отработки рудника и сохраняет высокие напоры за пределами фронта горных работ.

Разработанная в 70-х годах прошлого века схема осушения Яковлевского месторождения железных руд предусматривала комбинированный способ дренажа руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов. При этом дренаж горизонта нижнего карбона заключался в предварительном снятии части напора в нем с помощью водопонизительных скважин и дополнительное осушение этого горизонта подземным способом системой дренажных горных выработок с опережающими и восстающими скважинами. Руднокристаллический горизонт предлагалось осушать подземным способом.

В настоящее время осушается только руднокристаллический водоносный горизонт на отметке – 425 м с помощью горизонтальных и наклонных опережающих скважин. К концу 1992 г среднегодовой приток к горным выработкам составил 410 м3/час, в 2007 г наблюдается незначительное его возрастание до 440 м3/час. Дренаж рудной залежи привел к усилению процессов перетекания воды в рудную толщу как из вышележащих нижнекаменноугольных отложений, так и из более глубоких частей фундамента за счет роста градиентов напора.

Поскольку развитие фронта горных работ Яковлевского рудника осуществляется под неосушенным высоконапорным водоносным горизонтом нижнего карбона, то в таких условиях согласно действующим нормативам (СНиП 2.06.14-85) рассматривается вариант размещения подземных выработок под водными объектами.

2. Развитие фронта горных работ приводит к усилению перетекания вод из неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта, что вызывает расширение спектра минерализации вод руднокристаллического горизонта, увеличение содержания фторидов и сероводорода, а также вторичное увлажнение БЖР, повышающее возможность формирования локальных прорывов подземных вод.

Развитие фронта горных работ ведет к разуплотнению БЖР в кровле выработки и усилению процессов перетекания из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного горизонта, что, в свою очередь, ускоряет вторичное увлажнение БЖР. Расчет времени перетекания выполнен по формуле Цункера, результаты расчета представлены в таблице 2:

, (1)

где t – время перетекания, сут; n – пористость руд; Н – действующая разность напоров нижнекаменноугольного и руднокристаллического горизонтов, м; K – коэффициент фильтрации пород защитного целика, м/сут; m – мощность защитного целика, м.

По результатам расчета времени перетекания, даже минимальные коэффициенты фильтрации (0,001 м/сут) не обеспечивают гарантии отсутствия вторичного увлажнения БЖР. При вторичном увлажнении БЖР резко снижается их прочность, что может спровоцировать локальные прорывы воды в подземные выработки.

Таблица 2. Расчет времени перетекания подземных вод из нижнекаменноугольного горизонта в горизонт -370 м.

Пористость БЖР, % Коэффициент фильтрации пород защитного целика, м/сут Время перетекания, сутки Примечание
40 45 50 0,04 0,005 0,008 31 277 193 Расчет произведен в предположении, что величина Н=420 м и m=53 м.
35 40 50 0,004 0,001 0,002 342 1567 979

На настоящем этапе развития фронта горных работ на Яковлевском руднике особенно важным является определение безопасной мощности целика между подошвой неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта и кровлей подземной выработки на горизонте -370м. Наиболее низкая абсолютная отметка контакта известняков нижнего карбона с рудным телом в пределах лежачего бока составляет -317 м, поэтому мощность целика принимается равной [-317м-(-370м)]=53 м. Для определения величины предельного напора была использована формула В.А. Мироненко – В.М. Шестакова:

, (2)

где m – мощность целика, разделяющего одиночную выработку от напорного горизонта, m=53 м; в и п – величины плотности воды и пород (руд) целика соответственно; С и – параметры сопротивления сдвигу пород целика: сцепление и угол внутреннего трения; – коэффициент бокового давления в толще пород (руд), =0,67; b – ширина кровли одиночной выработки, b=13,0 м. В этой формуле всегда должно выполняться условие b > tg·m·, в противном случае целик всегда заведомо устойчив.

Прорыв возможен, если действующий напор Нд>Нпр. В противном случае гарантирована устойчивость целиков и отсутствие прорывов. Величины критических напоров определялись для двух вариантов: 1) руды полностью осушены; 2) БЖР следует рассматривать как водонасыщенные руды, в том числе и за счет перетекания; при таком варианте снижаются показатели сопротивления сдвигу (С и ) и возрастает величина плотности.

Осушенные руды. Для них характерны практически постоянные значения угла внутреннего трения =23° (tg =0,424), величина сцепления варьирует в зависимости от наличия структурных связей, положения слоистости к направлению сдвигающего усилия, а также плотности руды (см. таблицу 3). Коэффициент бокового давления был замерен непосредственно в подземных выработках Яковлевского рудника и составил =0,67. При проверке соотношения b и tg·m· получили, что произведение tg·m· = 15,1 м. В этом случае прорыв маловероятен, поскольку проектная ширина выработки b=13,0 м. В условиях осушенного рудного тела прорыв возможен лишь при уменьшении мощности разделяющего целика до 47 м.

Неосушенные руды. Угол внутреннего трения для БЖР в этом случае снижается до =8° (tg=0,14). Значение трехчленного компонента формулы для определения Нпр будет составлять tg·m· = 0,14·53·0,67 5,0 м, т.е. b > tg·m·.

При определении Нпр с использованием вышеприведенных параметров предельно-допускаемый напор каменноугольного горизонта не должен превышать 385 м. На июнь 2007 г действующий напор в нижнекаменноугольном горизонте более 400 м, поэтому не исключается вероятность формирования локальных прорывов на участках максимального разуплотнения и водонасыщения БЖР в целиковой зоне не представляется возможным.

Наиболее опасная ситуация возникает при вторичном увлажнении БЖР. Вторичное увлажнение возможно при ведении очистных работ широким фронтом, когда резко возрастает разуплотненность БЖР, повышается их пористости, что подтверждается экспериментами, выполненными в экспериментальном штреке сотрудниками каф. ГГиИГ СПГГИ(ТУ). Сопротивления сдвигу вторично увлажненных БЖР характеризуются снижением сцепления до 0,025-0,22 МПа. Разуплотнение сказывается также на величине п. Расчеты Нпр выполнены при  = 8° и различных значениях сцепления. При этом величина b остается постоянной и равна 13,0 м (таблица 3).

Таблица 3. Значения Нпр при варьировании параметра сцепления вторично увлажненных БЖР.

Ширина пролета выработки, b, м Удельный вес руды, п, кН/м3 Величина сцепления, С, МПа Предельно допускаемый напор подземных вод, Нпр, м Примечание
13,0 34,5 0,22 0,15 0,025 474,4 381,6 216,0 Действующий напор Нд 400м

Следовательно, вторичное увлажнение БЖР при мощности целика 53 м может привести к возникновению локальных прорывов подземных вод из вышележащего неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта при условии, что в подошве известняков нижнего карбона отсутствуют водоупорные слои, а в разрезе рудного тела преобладают вторично увлажненные БЖР.

Обеспечение устойчивости подземных выработок в ходе ведения очистных работ возможно при снижении величины b до 5,0 м, либо увеличении мощности потолочины до 65 м и выше. Следовательно, при проектной ширине выработки b = 13,0 м отсутствие прорыва подземных вод гарантируется только в полностью осушенном рудном теле. Соответственно, необходима реализация действенного контроля, прежде всего, за процессами перетекания вод из нижнекаменноугольного горизонта в рудную толщу. В ходе процесса перетекания формируются воды с новым химическим составом, для которого характерны повышенные по сравнению с фоновыми (см. таблицу 1) концентрациями гидрокарбонатов (300-450 мг/дм3), снижение концентрации хлоридов (до 300-600 мг/дм3), а, следовательно, и минерализации, значения которой не превышают 1000 мг/дм3, повышение содержаний фторидов и появление сероводорода. Такие изменения компонентного состава вод могут служить гидрохимическими индикаторами процесса перетекания. По результатам проведенного гидрогеохимического мониторинга с использованием полевых методов замера неустойчивых соединений (H2S, фторидов и др.) с помощью селективных электродов и электронного иономера АНИОН 7020 на участке первой очереди отработки Яковлевского рудника были определены области перетекания пресных вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта и, соответственно, новые зоны вторичного увлажнения БЖР (рисунок 2).

Рисунок 2 – Положение точек замера Н2S на плане горных работ (горизонт – 425 м) и выделение зон перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта (по данным на февраль 2007 г)

3. Совершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга дает возможность контролировать зоны вторичного увлажнения БЖР для оценки безопасного ведения горных работ и оконтурить зоны с постоянным составом подземных вод по макро- и микрокомпонентам для их последующего использования в бальнеологических целях.

Изучение особенностей водопроявлений на горизонте -425 м Яковлевского рудника по данным наблюдений геологического отдела, а с 2005 года и по данным гидродинамического и гидрохимического мониторинга позволило установить наличие трех типов вод по минеральному составу, которые могут быть использованы в бальнеологических целях (рисунок 3).

Первый тип I(ЯР) – подземные воды руднокристаллического водоносного горизонта, вскрытые в порожняковом и грузовом квершлагах за пределами зоны влияния фронта горных работ, соответственно макро- и микрокомпонентный состав этих вод близок к естественному. Это воды гидрокарбонатно-хлоридного натриевого состава с минерализацией 1000-1800 мг/дм3 (таблица 4). Аналогами подземных вод I (ЯР) типа можно назвать такие минеральные воды как «Миргородская», «Охтинская», «Екатерингофская», «Мариинская».
Рисунок 3 – Положение областей развития трех типов минеральных вод, в пределах первой очереди отработки Яковлевского рудника (горизонт -425 м)

Таблица 4. Содержание макро- и микрокомпонентов в водах I(ЯР) типа

Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3
Na+ + K+ 1000-1800 SO42- 8-35 В3+ 1,5-3
Mg2+ 5-30 HCO3- 230-280 Сух.ост. 1200-3000
Ca2+ 6-35 F- до 10 рН, ед. 7,6-8,5
Cl- 1500-2000 Br- 1-3 T, 0C 22-26

Воды второго типа II(ЯР) приурочены к зонам развития руднокристаллического горизонта, формирование химического состава которого происходит под влиянием перетекания нижнекаменноугольного горизонта. Они характеризуются снижением минерализации (до 600-800 мг/дм3), превалированием гидрокарбонатов над хлоридами при постоянстве содержания натрия, а также возрастанием концентраций фтора и сероводорода по сравнению с водами I(ЯР) типа (таблица 5). Схожим химическим составом обладают минеральные воды «Березовская», «Днепропетровская», «Ташкентская». Повышенные содержания фтора в воде II(ЯР) типа расширяют спектр бальнеологических показаний; этот компонент способствуют выносу радионуклидов и тяжелых металлов из организма, а также благотворно влияют на костную ткань и предотвращают образование солей в организме.

Таблица 5. Содержание макро и микрокомпонентов в водах II(ЯР) типа

Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3
Na+ + K+ 400-600 SO42- 11-18 В3+ 1,5-3
Mg2+ 8-15 HCO3- 300-450 Сух.ост. 500-800
Ca2+ 6-18 F- до 12 рН, ед. 7,5-7,8
Cl- 300-600 H2S 0,5-1 T, 0C 21-24

Третий тип III(ЯР) – воды тектонических трещин кристаллического массива с минерализацией до 8000-12000 мг/дм3 (таблица 6), расположенных вне зоны влияния горных работ, состав которых может меняется только в зависимости от воздействия природных факторов. Используемые в качестве лечебных минеральные воды «Друскининкай», «Семигорская», «Витаутас», «Таллицкая» можно назвать аналогами вод III(ЯР) типа подземных вод Яковлевского рудника.

Таблица 6. Содержание макро и микрокомпонентов в водах III(ЯР) типа

Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3 Компоненты Содержание, мг/дм3
Na+ + K+ 3000-3500 SO42- 2-5 В3+ 2-3,5
Mg2+ 75-85 HCO3- 45-65 Сух.ост. 8000-12000
Ca2+ 350-450 F- 2-4 рН, ед. 7,2-7,7
Cl- 5500-6100 Br- 13-15 T, 0C 21-27


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.