Верификация структурно-тектонического строения массива карьера «Нежданинское»

В.В. Арно , Н.Е. Ломакина, И.Ю. Гарифулина, Е.А. Ельникова, Е.А. Миккельсен, И.А. Голубев
Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 139-142

Резюме: Статья посвящена анализу исследований факторов, влияющих на устойчивость уступов карьера «Нежданинское». Авторами подтверждено, что основополагающими являются векторное расположение и характеристики разломов, трещин в массиве. Определены три основные системы протяженных блокообразующих трещин: 1 – субвертикальные трещины с азимутом простирания А = 290°; 2 – трещины с азимутом простирания А = 50° и углом падения в массив Р = 70°; 3 – трещины с азимутом простирания А = 50° и углом падения в карьер Р = 40°. В основном протяженные поверхности нарушения сплошности массива залегают под углом 40–50° в направлении выработанного пространства карьера. Отдельные протяженные трещины имеют угол 60–65°. Наиболее вероятные системы трещин, участвующие в обрушении откосов в случае неблагоприятного сочетания направлений откоса и падения систем трещин, прослеживаются на юго-восточных бортах карьеров. На северных и северо-западных бортах неблагоприятные поверхности отсутствуют. При этом разломы, проходящие параллельно уступам, создают потенциальные зоны обрушения, что требует дополнительных мер по обеспечению их устойчивости. Структурно-тектоническое строение массива оказывает существенное влияние на образование и устойчивость уступов в карьере. Учёт этих факторов при планировании и разработке карьеров поможет обеспечить безопасность труда и эффективность процесса добычи.

Ключевые слова: геологические структуры, устойчивость уступов карьера, устойчивость бортов карьера, карьер, деформационные зоны

Благодарности: Особая благодарность научному руководителю НИР, зав. лабораторией открытой геотехнологии ИГД УрО РАН, кандидату технических наук А.В. Яковлеву.

Для цитирования: Арно В.В., Ломакина Н.Е., Гарифулина И.Ю., Ельникова Е.А., Миккельсен Е.А., Голубев И.А. Верификация структурно-тектонического строения массива карьера «Нежданинское». Горная промышленность. 2024;(2):139–142. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-139-142

Информация о статье

Поступила в редакцию: 09.02.2024

Поступила после рецензирования: 04.03.2024

Принята к публикации: 06.03.2024

Информация об авторах

Арно Вероника Владимировна – кандидат технических наук, доцент Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Ломакина Наталья Евгеньевна – старший преподаватель кафедры горного дела Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Гарифулина Ирина Юрьевна – старший преподаватель кафедры геологии и горного дела Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Ельникова Елена Александровна – старший преподаватель кафедры энергетики, транспорта и строительства Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Голубев Илья Алексеевич – студент Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Миккельсен Екатерина Александровна – студент Политехнического института, Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан, Российская Федерация; е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Структурно-тектоническое строение массива является одним из ключевых факторов, влияющих на устойчивость уступов карьера. Оно определяет расположение и характеристики различных геологических структур, таких как складки, разломы, трещины и прочие деформационные зоны. Исследования в этом направлении позволяют определить направление и интенсивность силовых воздействий на массив, а также выявить потенциально слабые места, подверженные разрушению. Например, наличие горизонтальных или наклонных разломов может привести к образованию блокиров при добыче материала из карьера. Кроме того, структура массива влияет на способность пород к диссипации напряжений и рассасыванию воды. Наличие жил или трещин потенциально приводит к концентрации напряжений в определенных точках уступа и вызывает его обрушение.

Результаты

Золоторудное месторождение «Нежданинское» находится в Северо-восточной части Республики Саха (Якутия) на территории Томпонского и Усть-Майского районов. Рудное поле Нежданинского месторождения находится в западной части Южно-Верхоянского синклинория, имеющего сложное геологическое строение с характерным широким развитием субмеридиональных глубинных разломов и складчатых дислокаций. Нежданинское рудное поле представляет собой вытянутый с юга на север пояс, простирающийся на 12,5 км от западного берега реки Тыры на юге до бассейна ручья Курум на севере. Ширина рудного поля достигает 5 км. В геологическом строении прибортовой массив карьера разделен на 2 комплекса – покровный и вмещающий, породы которых резко отличаются по условиям залегания, структуре, физическим и водным свойствам. Разрабатываемый массив представлен толщей песчаниково-аргиллит-алевролитовых пород от среднего карбона до верхней перми1 [1].

В структурно-тектоническом отношении район работ приурочен к резко асимметричной Дыбинской антиклинали коробчатого типа. Район работ обусловлен субмеридиональными и субширотными тектоническими нарушениями, которые разделяются на системы – Нежданинская, Курумская, Сунтурская, Сентаньинская2 [1].

Нежданинская система является основной рудовмещающей структурой. Разломы системы имеют падение западного направления под углом 70–80°, реже – обратное или вертикальное, преобладающее простирание – 350°.

Разломы простираются на север на 15 км, после чего они постепенно уменьшаются, на юге разломы концентрируются в узкий пояс и постепенно перетекают в Сунтарскую систему разломов. Инженерно-геологический анализ и оценка степени и характера трещиноватости массива пород месторождения основывались на инженерно-геологической документации скважин с отбором ориентированного керна. В программе Dips были определены основные системы трещин, влияющие на устойчивость уступов и бортов карьеров. Так, в структуре породного массива выделено: две основные (открытые трещины) и две второстепенные (залеченные трещины, обычно кварц или карбонат) системы трещин, а также система, развитая по напластованию (кливажу) пород (BD). Как правило, это трещины с раскрытием 0,1–0,5 см при максимальных значениях 2,0–5,0 см. Трещины плоские или волнистые шероховатые, редко с зеркалами скольжения, стенки трещин выветрелые или заполнены твердой глиной. Расстояние между трещинами варьирует от 0,05 до 2,0 м, при среднем значении 0,3–0,5 м. Обобщенная диаграмма трещиноватости для уступов и бортов карьеров приведена на рис. 1.

Рис. 1 Обобщенная диаграмма трещиноватости

Fig. 1 A generalized fracture diagram

Согласно представленным структурным данным для всех бортов проектируемых карьеров были определены наиболее вероятные системы трещин, участвующие в обрушении откосов в случае неблагоприятного сочетания направлений откоса и падения систем трещин (±20°).

Потенциально опасные системы трещин представлены в табл. 1. Из приведенного анализа видно, что негативно ориентированные поверхности прослеживаются на юго-восточных бортах проектируемых карьеров.

Таблица 1 Потенциально опасные системы трещин

Table 1 Potentially hazardous fracture systems

На северных и северо-западных бортах карьеров неблагоприятные поверхности отсутствуют [2; 3]3. По данным геомеханического описания керна, в пределах конечных контуров карьеров преимущественным развитием пользуются слабо- и среднетрещиноватые породы (модуль трещиноватости – 1,5–5 трещин на метр).

Средне- и сильнотрещиноватые разности скальных пород (модуль трещиноватости 5–30 трещин на метр) приурочены к центральным частям карьеров, где они образуют ореолы вокруг рудных зон мощностью до 20–30 м, в местах сближения рудных зон мощность средне- и сильнотрещиноватых пород увеличивается до 100–200 м. По мере удаления от центральных частей карьеров трещиноватость пород уменьшается. Основные зоны трещиноватости приурочены к крутопадающим разрывным нарушениям, представленным щебенистыми зонами дробления, в которых порода разбита на обломки размером до 1–5 см. Видимая мощность зон дробления не превышает 1–4 м при средней мощности таких зон 0,7 м. Средние значения показателя качества вмещающих пород «RQD» (Rock Quality Designation- «Индекс качества породы» (RQD), или критерий Дира, отражает устойчивость массива), варьируют от 70 до 90%, руды от 10 до 50%, что характеризует качество вмещающих пород как хорошее, руды – как плохое4 [2; 3].

Заключение

В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Прибортовые массивы имеют блочное структурное строение. Определены три основные системы протяженных блокообразующих трещин:

– субвертикальные трещины с азимутом простирания А = 290°;

– трещины с азимутом простирания А = 50° и углом падения в массив Р = 70°;

– трещины с азимутом простирания А = 50° и углом падения в карьер Р = 40°.

2. В основном протяженные поверхности нарушения сплошности массива залегают под углом 40–50° в направлении выработанного пространства карьера. Отдельные протяженные трещины имеют угол 60–65°. Все эти протяженные трещины не только вызывают обрушения верхней приоткосной части уступов, но и могут оказать влияние на устойчивость бортов на предельном контуре карьера.

3. Наиболее вероятные системы трещин, участвующие в обрушении откосов в случае неблагоприятного сочетания направлений откоса и падения систем трещин, прослеживаются на юго-восточных бортах карьеров. На северных и северо-западных бортах неблагоприятные поверхности отсутствуют5.

Вклад авторов

В.В. Арно, Е.А. Микклесен, И.А. Голубев – идея исследований, формулировка конфликта текущей парадигмы и новых фактов, написание научной работы; Е.А. Ельникова, И.Ю. Гарифулина – оценка результатов и коррекция написанной работы; Н.Е. Ломакина – оценка результатов исследования, выборка и сбор материала для исследований

Список литературы

1. Артемьев Э.П., Яковлев А.В., Бусаргина Е.С. Обоснование пространственно-временного порядка инициирования скважинных зарядов при массовых взрывах на карьерах. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(S11):41–50. Artemev E.P., Yakovlev A.V., Busargina E.S. The substantiation of the space-time of the order initiation hole charges in large-scale explosions in open pits. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2011;(S11):41–50. (In Russ.)

2. Яковлев А.В., Шимкив Е.С. Исследование влияния основных систем трещин в массиве северного карьера ОАО «ЕВРАЗ КГОК» на качество дробления взорванной горной массы. Проблемы недропользования. 2015;(3):19–27. Режим доступа: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/111 (дата обращения: 06.03.2024). Yakovlev A.V., Shimkiv E.S. Studying the main cracks systems influence in rock mass of the «EVRAZ KGOK» northern open pit on the quality of blasted rock mass crushing. Problems of Subsoil Use. 2015;(3):19–27. (In Russ.) Available at: https://trud.igduran.ru/index.php/psu/article/view/111 (accessed: 06.03.2024).

3. Артемьев Э.П. Управление воздействием взрывных нагрузок на законтурный массив. В кн.: Уральский горнопромышленный форум: сб. докл. Екатеринбург: УрО РАН; 2006. С. 115–119. Artemyev E.P. Control of the blast load impact on the edge rock mass. In: Urals Mining Industrial Forum: collection of papers. Yekaterinburg, Urals Branch of the Russian Academy of Sciences; 2006, pp. 115-119. (In Russ.).