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:   || 2 |

Инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд в подземных выработках яковлевского месторождения кма

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ВОЛКОВА Анастасия Валерьевна

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКие критерии устойчивости богатых железных руд в подземных выработках Яковлевского месторождения КМА

Специальность 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Дашко Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук

Могилевская Стэлла Евгеньевна

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Веселков Валентин Иванович

Ведущее предприятие ОАО «Гипроруда»

Защита диссертации состоится 25 декабря 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан ___ ноября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д. г.-м. н., профессор А.Г. МАРЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Объем добычи и производства товарных железных руд в мире составляет свыше 1 млрд.т. в год, около половины которых поступает на международный рынок. Ежегодный оборот железорудного сырья (ЖРС) превышает 11 млрд. долларов США. В ближайшие два десятилетия ожидается наращивание объемов добычи железной руды, производства переработанного железорудного сырья и мировой торговли этой продукцией примерно на 50%. Крупнейшими экспортерами железорудного сырья являются Австралия и Бразилия, которые контролируют около 65% мирового рынка ЖРС. На восточноевропейском рынке основными поставщиками ЖРС являются Украина и Россия. В настоящее время Россия добывает 220-225 млн.т. сырой железной руды и производит 85 - 90 млн.т. товарной железной руды. С учетом прогнозов наращивания объемов мировой торговли ЖРС имеются перспективы укрепления позиций России в качестве экспортера железорудного сырья и проката на мировой рынок.

В сложившейся ситуации к региону КМА проявляется особое внимание металлургических предприятий, особенно к месторождениям богатых железных руд (БЖР), прогнозные ресурсы и промышленные запасы которых составляют 40 млрд. тонн. Яковлевское месторождение БЖР относится к уникальным среди месторождений КМА не только по качеству сырья и его запасам, но и сложности инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также глубине залегания полезного ископаемого. Наиболее богатые руды по содержанию железа рассматриваются как генетически слабые разности химической коры выветривания. Обеспечение устойчивости БЖР в горных выработках предопределяет систему разработки и технологию ведения очистных работ, которые должны базироваться на анализе специфики поведения БЖР в условиях изменения напряженного состояния, осушения и их вторичного увлажнения.

Изучение Яковлевского месторождения началось еще в 50-х гг. прошлого века. В течение 50 лет комплексные исследования выполнялись трестом Курскгеология, Белгородской железорудной экспедицией, институтом Центрогипроруда, ВИОГЕМ, АН СССР, институтом ВСЕГИНГЕО, Воронежским университетом, СПГГИ (ТУ), НТЦ «НОВОТЭК», проектным институтом «СУБР-проект» и др.

Цель работы. Разработка инженерно-геологических критериев устойчивости БЖР на основе анализа и оценки их природы прочности и влияния изменения гидродинамических условий при ведении подземных работ под неосушенными водоносными горизонтами.

Основные задачи исследований: 1) изучение формирования химических кор выветривания железистых кварцитов КМА с целью анализа и оценки специфики состава, состояния и физико-механических свойств БЖР; 2) исследование закономерностей изменения прочности и деформационной способности БЖР с учетом изменения их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности; 3) изучение влияния природных и техногенных факторов как базовых положений для создания инженерно-геологических критериев безопасности ведения горных работ; 4) разработка структуры и концепции гидрогеомеханического мониторинга как средства контроля и управления устойчивостью БЖР.

Личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» (СПГГИ (ТУ) 2002-2006гг). Автор выполнила специализированную съемку состояния БЖР в подземных выработках, провела экспериментальные исследования физико-механических свойств осушенных БЖР и оценила влияние природного и вторичного увлажнения на снижение устойчивости БЖР и возможность формирования прорывов.

Основные методы исследований. В процессе выполнения работы использовались теоретические и экспериментальные методы изучения природы прочности и деформационной способности БЖР, влияния активизации микробной деятельности на устойчивость БЖР; физическое моделирование развития суффозионных процессов и возможности перехода БЖР в состояние плывунов, расчетно-аналитические методы вероятности прорывов подземных вод в горные выработки.

Научная новизна 1) качественная и количественная оценка влияния природных и техногенных факторов на изменение состояния и физико-механических свойств БЖР с целью предупреждения развития горно-геологических процессов и явлений в подземных выработках; 2) анализ влияния процесса перетекания подземных вод из вышележащих неосушенных горизонтов на устойчивость БЖР; 3) разработка инженерно-геологических критериев на основе комплексного подхода к формированию и изменению природы прочности и устойчивости БЖР под воздействием дополнительного увлажнения и активизации микробной деятельности; 4) создание регламента гидрогеомеханического мониторинга с целью повышения безопасности ведения горных работ.

Практическая значимость. Предлагаемые инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд рекомендованы для использования в создании системы безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике КМА и аналогичных месторождениях богатых железных руд. Результаты диссертационной работы используются следующими проектными, научными и производственными организациями: специализированный проектный институт «СУБР-Проект», «Центрогипроруда», НТЦ «НОВОТЭК», «ВИОГЕМ».

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений и выполненных экспериментальных исследований закономерностей преобразования прочности и деформационной способности БЖР в зависимости от их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности, а также возможностью формирования прорывов подземных вод в горные выработки. В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии при участии автора в рамках научно-исследовательских работ «Научное сопровождение строительства первой очереди Яковлевского рудника» 2004г., «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» в 2003, 2005, 2006гг., а также персональных грантов Минобразования и науки РФ, СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) 2003, 2004 , 2005  и 2006гг.

Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР, профессора К.О  Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых», Апатиты, 2005; Международная научная конференция «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики», МГУ- Москва, 2006; II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах», Белгород, 2006.

Общее количество опубликованных работ 15, в том числе 5 работ по теме диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 173 машинописных страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 150 наименований, содержит 40 рисунков, 38 таблиц, 11 фотографий.

Благодарности. Автор выражает глубокую и искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. проф. Р.Э. Дашко за постоянную помощь и внимание при подготовке диссертационной работы, зав. каф. ГиИГ д.г.-м.н. проф. В.В. Антонову, д.г.-м.н. проф. А.И. Короткову, зав. каф. СГПиПС д.т.н. проф. А.Г.Протосене, зав. каф. МД, д.т.н., проф. В.Н. Гусеву, к.г.-м.н., доц. Н.С. Петрову, к.г.-м.н. асс. А.В. Шидловской, аспирантам: Е. Г. Захаровой, А.А. Тимченко, О.Ю. Александровой, зав. лабораторией Кравцовой Ж.В, а также всем сотрудникам кафедры ГиИГ СПГГИ (ТУ).

защищаемые положения

1. Прочность и устойчивость богатых железных руд в подземных выработках определяется особенностями их гранулометрического состава, типом структурных связей БЖР, степенью их осушения, развитием микробной деятельности в толще руд.

Богатые железные руды Яковлевского месторождения, залегающие на глубине свыше 600м, представляют собой элювиальные образования, связанные с формированием допалеозойской и раннепалеозойской латеритной коры выветривания. Образование БЖР сопровождалось выносом щелочных и щелочноземельных элементов и кремнезема, при одновременном накоплении окислов железа и глинозема, а также протекании вторичных процессов карбонатизации и хлоритизации.

Среди материнских пород наибольшим развитием пользуются магнетит железнослюдковые кварциты типа итабаритов, на которых формировались богатые мартит-железнослюдковые гематитовые руды («синьки»). В меньшей степени развиты силикат-магнетитовые кварциты типа таконитов, на которых шло образование богатых мартит-гидрогематитовых и гидрогетитовых руд («краски»).

В связи с приуроченностью БЖР к определенному типу метаморфических пород, руды наследуют их текстуры. Железнослюдковые и мартито - железнослюдковые руды характеризуются тонкополосчатым сложением с мощностью прослоев от долей мм до 1-2мм, обладают характерным синеватым цветом. В преобладающей массе они рыхлые, пористые. Мартит-гидрогематитовые и гидрогетитовые руды имеют темно-красную, кирпично-бурую окраску. Текстура руд полосчатая, неравномерная. В качестве основных рудообразующих минералов устанавливается мартит и гидрогематит, в примеси присутствуют гидрогетит, глинистое вещество, карбонаты, хлорит, кварц. Гидрогетитовые руды тесно связаны с мартито-гидрогематитовыми рудами, образуя среди них невыдержанные по мощности прослои.

Изучение гранулометрического состава позволило сделать вывод, что БЖР типа «синьки» - классифицируются как алевриты, для которых характерны высокие содержания крупной пылеватой фракции до 79%, минимальное содержание этой фракции составляло 39%. Кроме того, отмечается незначительное присутствие тонкодисперсной фракции d < 0,002мм. «Краски» могут быть отнесены к пескам разнозернистым пылеватым, содержание тонкодисперсной фракции может возрастать до 7 % (глинистые пески), коэффициент неоднородности этих руд в среднем составляет 11, а в отдельных пробах достигает 37 – 39.

Выщелачивание и вынос силикатов в процессе химического выветривания способствовало формированию высокой пористости, значение которой по данным экспериментальных исследований в подземных выработках варьирует в пределах 42-56%, в отдельных случаях в БЖР прослеживается макропоритость. Структурные связи БЖР имеют различную природу: остаточные цементационные, молекулярные и магнитные. Соответственно природе структурных связей изменяется прочность и деформационная способность БЖР. Высокопористые разности БЖР, в которых отсутствуют цементационные связи, обладают ярко выраженной водонеустойчивостью, переходя в плывунное состояние при минимальных градиентах напора, что подтверждается моделированием фильтрационной устойчивости «синек» на больших моделях. Моделирование тех же процессов в «красках» позволило установить критическую величину градиента напора (более 10), при котором руда переходит в подвижное состояние.

Исследования показали, что для всего рудного тела характерна микробная деятельность. Наиболее высокие значения бактериальной массы (БМ) до 155 мкг/г зафиксированы в водонасыщенных «синьках» на контакте с материнскими породами (метод Бредфорд). Вторичное увлажнение БЖР приводит к быстрому росту БМ. Параметры сопротивления сдвигу БЖР зависят от степени их водонасыщения, характеристик плотности сложения и степени их микробной пораженности (таблица 1).

Водонасыщенные БЖР характеризуются практически постоянным значением угла внутреннего трения =8о.

Таблица 1 –Показатели сопротивления сдвигу БЖР ненарушенного сложения в зависимости от их микробной пораженности и степени увлажненности («синьки» горизонт -425м)

Сцепление с, МПа Угол внутр. трения, град Место отбора обр. Бактер. масса, БМ мкг/г Примечание
0,16-0,53 8 Транспортный орт 71,0-123,1 95/5 Образцы естественной влажности (W=12,5-13,6%)
0,25-0,8 23 Экспериментальная выработка 33,2-35,0 34,1/2 Осушенные образцы (W=4,1-10,8%)
< 0,22 < 8 Экспериментальная выработка 90-110,2 98/4 Вторично увлажненные образцы (W=11,9-13,3%)


Pages:   || 2 |
 





 
© 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.