ставиться, хотя изученность отдельных элементов, определяющих инженерно-геологические условия месторождений, довольно полная.
1-3. Генетические и промышленные типы месторождений полезных ископаемых
Месторождения металлических, неметаллических и горючих полезных ископаемых распространены в земной коре неравномерно (см. классификацию А. Г, Бетехтина). В соответствии с историей формирования различных элементов ее тектонической структуры весьма разнообразны и условия образования месторождений. Поэтому в природе встречаются многочисленные генетические типы их, разнообразные по минеральному составу и формам залегания полезного ископаемого, петрографическому составу вмещающих пород, тектоническому строению, приуроченности к тем или иным элементам рельефа и т. д.
|
|
КЛАССИФИКАЦИЯ |
ПОЛЕЗНЫХ |
ИСКОПАЕМЫХ* |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
ПО А. Г. БЕТЕХТИНУ |
|
|
|
|
|||||
|
I. Металлические полезные ископаемые: |
|
|
|
|
|
|
||||||||
1) |
черные |
и легирующие |
металлы — железо, |
марганец, |
|
хром, ванадий, ко- |
|||||||||
|
бальт, никель, |
молибден, |
вольфрам; |
|
|
|
|
|
|||||||
2) |
цветные |
металлы ~ медь, цинк, |
свинец, |
олово, мышьяк, |
сурьма, |
висмут, |
|||||||||
|
ртуть; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
легкие металлы — алюминий, магний; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4) |
благородные |
металлы — золото, |
серебро |
и |
платиновая |
группа (платина, |
|||||||||
|
иридий |
и |
др.); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5) |
радиоактивные элементы — радий, торий |
и уран; |
|
|
|
|
|||||||||
6) |
редкие |
металлы |
и |
редкоземельные |
элементы — циркон, |
ниобий, |
тантал, |
||||||||
|
галлий, |
германий |
и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
П. Неметаллические |
полезные |
ископаемые; |
|
|
|
|
|
|||||||
1) |
строительные |
материалы — строительный |
и |
облицовочный камень, |
галеч- |
||||||||||
|
ники, щебень, пески и др.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2) |
горнохимическое |
сырье —соли, |
|
фосфаты, |
бораты, |
апатито-нефелн новые |
|||||||||
|
руды и др. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1П. Горючие |
полезные |
ископаемые; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1) |
твердые |
ropra^iie |
ископаемые — угли, |
горючие сланцы |
и |
др.; |
|
||||||||
2) |
жидкие |
и газообразные |
горючие |
ископаемые — нефть, |
природные |
газы. |
|||||||||
Все ТИПЫ месторождений принадлежат к трем основным генетическим сериям: эндогенной, экзогенной и метаморфической. Их описание приведено в специальных работах. Здесь же только отметим, что при решении разнообразных инженерногеологических задач, связанных с освоением месторождений и обоснованием проектов шахт и карьеров, важно полно учитывать геологическое строение района их распространения и знать, к какому генетическому типу они принадлежат, так как
* Полезным ископаемым принято называть природные минеральные и органогенные образования, которые можно непосредственно использовать в народном хозяйстве или из которых можно извлекать ценные компоненты.
1 5
это дает широкую информацию об их инженерно-геологических условиях, о чем подробнее будет сказано ниже. Кроме того, важно также обратить внимание на то, что обычно занимаются инженерно-геологическим изучением только тех месторождений, которые имеют промышленную ценность, т. е. таких, запасы и качество полезного ископаемого которых удовлетворяют запросы промышленности на данном уровне развития науки и техники, а инженерно-геологические условия позволяют их разрабатывать.
Заметим, что согласно нормативным положениям составление проектов на строительство новых и реконструкцию действующих горнодобывающих предприятий можно производить при наличии на месторождении или каком-либо его участке балансовых запасов полезного ископаемого категорий А, В и С, утвержденных ГКЗ. Эти запасы должны иметь определенные соотношения, установленные также ГКЗ, в зависимости от
группы геологической сложности; на месторождениях I |
группы |
|||
не менее 30% запасов категорий A-I-B, в том числе не |
менее |
|||
10% |
категории А; на месторождениях |
II |
группы —не |
менее |
20 % запасов категории В; на месторождениях III группы до- |
||||
пускается проектирование при запасах категории Ci. |
|
|||
|
1-4. Шахты и карьеры — инженерные сооружения |
|
||
|
особого типа |
|
|
|
Для разработки месторождений твердых полезных ископае- |
||||
мых |
строят горные выработки — шахты |
и |
карьеры, которые |
|
представляют собой инженерные сооружения совершенно особого типа, и выполняют работы по их сооружению и добыче полезных ископаемых, а также по возведению отвалов, складированию руд, угля и др. Добыча полезных ископаемых нередко сопровождается их первичной переработкой и обогащением.
Поэтому в составе горного предприятия |
строят |
обогатитель- |
ные фабрики и сопутствующие им сооружения, |
хвостохра- |
|
нилища и др. Одновременно развивается |
сеть подъездных и |
|
внутрихозяйственных автомобильных и железных дорог, строи-
тельство |
жилпоселков |
со |
всеми |
общественными, |
коммуналь- |
|
ными и |
культурными |
службами |
и предприятиями обществен- |
|||
ного питания, водо- и энергоснабжения |
и др. В результате на |
|||||
крупных |
месторождениях |
горное |
предприятие |
превращается |
||
в сложное комплексное |
промышленное |
объединение — горно- |
||||
обогатительный комбинат (ГОК) с огромной зоной влияния на окружающую природную и в том числе геологическую среду.
В зависимости от места производства горных работ различают открытые работы, производимые непосредственно с поверхности земли — в карьерах, и подземные работы, выполняемые на той или иной глубине от поверхности земли, в подземных горных выработках — шахтах и прилегающих к ним других подземных горных выработках (рис. 1-1).
1в
11
Рис. М . Схемы горных выработок.
1 — ствол |
шахты; |
2 — наклонный ствол |
шахты; |
3 — квершлаг; |
4 — штрек; |
5 — орт: 6 —• |
скат; 7 — |
гезенк; |
3 — бремсберг; 9 — |
штольня; |
10 — карьер; |
/ / —бровки |
бортов карь- |
|
ера; |
12 — бровки уступов; |
— бермы; М — огкосы уступов. |
|
||
Участок месторождения полезного ископаемого, отводимый для разработки одной шахтой или одним карьером, называют шахтньш или карьерным полем. Форма шахтного или карьерного поля может быть разнообразной, однако при проектировании обычно стремятся придать ему прямоугольную форму, а границы намечают по простиранию слагающих его горных пород и их падению. Полезное ископаемое в пределах каждого шахтного или карьерного поля обычно разрабатывают частями, для чего их разбивают на этажи, вытянутые по простиранию горных пород.
Горные выработки при освоении месторождений имеют различное назначение. Те из них, с помощью которых открывают доступ к полезному ископаемому с поверхности земли, производят его вскрытие, называются капитальными. Их проходят преимущественно по пустым породам. После того как полезное ископаемое вскрыто, проходят выработки, подготавливающие фронт работ для непосредственной его добычи. Такие выработки называются подготовительными, их проходят по полезному ископаемому или по пустым породам. После проведения подготовительных выработок приступают к добыче полезного ископаемого. Такие горные выработки называются очистными.
Очистные выработки отличаются от капитальных и подготовительных значительно большими размерами и соответственно значительно больще зона их влияния на окружающую геологическую среду, зона деформации, перемещений и сдвижений горных пород вокруг них. Кроме того, очистные выработки обычно имеют сравнительно небольшой срок эксплуатации и в них непрерывно изменяется положение забоя (продвижение забоя). Поэтому поле напряжений ^ . горных лородах непрерывно изменяется. Все это требует выполнения-особых инженерных
1 7
мероприятий по поддержанию очистных выработок в устойчивом состоянии и по управлению горным давлением.
Последовательность, порядок проведения всех горных выработок на том или ином месторождении, обеспечивающие наибольшую производительность горного предприятия, безопасность ведения горных работ, минимальный объем подготовительных работ, называют системой разработки месторождения.
Способ и система разработки месторождения в самой большой степени определяются его инженерно-геологическими условиями. Действительно, глубина и форма залегания полезного ископаемого, состав, физическое состояние и свойства горных пород, слагающих месторождение, степень их тектонической нарушенности и обводненности, характер рельефа поверхности, развитие геологических процессов и явлений и т. д.— это решающие факторы, определяющие условия производства горных работ, их эффективность и безопасность.
Необходимо также учитывать, что современные горные вы-
работки — карьеры и шахты — достигают очень |
большой глу- |
бины. Карьеры глубиной 100—200 и даже 300 |
м — явление |
обычное, а проектируются карьеры глубиной более 500—600 м. Глубина горных выработок 300—500 и даже 600 м при подземном способе разработки месторождений — также обычное явление, и фронт горных работ на все больших и больших глубинах повсеместно и непрерывно расширяется. Уже теперь име-
ются |
шахты глубиной более |
1000 м, а за рубежом — более |
3000 |
м. Общая протяженность |
горизонтальных и наклонных |
подземных горных выработок на месторождениях достигает многих десятков и сотен километров.
Все это показывает, что зона влияния горных выработок на месторождениях полезных ископаемых захватывает огромные пространства геологической среды. Бот почему шахты и карьеры представляют собой сооружения совершенно особого типа,, а инженерная геология месторождений полезных ископаемых — самостоятельный, очень ответственный и исключительно интересный раздел (научное направление) инженерной геологии. Запросы горного производства обусловили его выделение и интенсивное развитие. Поэтому совсем не правы те специалисты, которые, определяя предмет, содержание, структуру инженерной геологии как науки, не выделяют инженерную геологию месторождений полезных ископаемых в самостоятельный раздел {научное направление) вследствие недооценки существа проблемы.
В Ленинградском горном институте вопросы инженерной геологии месторождений полезных ископаемых много лет рассматривались в виде самостоятельных тем в курсе специальной инженерной геологии, а начиная с 1973/74 учебного года в учебный план специальности «Гидрогеология н инженерная геология» был введен и читается курс «Инженерная геология месторождений полезных ископаемых».
18
Глава И
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МЕСТОРОЖДЕНИИ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
11-1. Общие положения
Месторождениями принято называть естественные скопления полезных ископаемых в земной коре. Из них промышленными называются такие, которые целесообразно разрабатывать для удовлетворения нужд народного хозяйства. Задачи инженерной геологин месторождений полезных ископаемых состоят в изучении, оценке и прогнозе их инженерно-геологических условий, основными, определяющими элементами которых являются: рельеф, геологическое строение в самом широком его понимании, физико-механические свойства горных пород, их обводненность, развитие геологических процессов и явлений как естественных, так и связанных со строительством шахт, карьеров и производством горных работ. Роль этих элементов в оценке геологических условий строительства горных сооружений в значительной' степени зависит от типа самих сооружений, способа вскрытия и системы разработки месторождения, типа и условий размещения отвалов пустых пород. Поэтому оценка и прогноз инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых должны основываться на учете как природных геологических, так и горнотехнических факторов.
11-2. Влияние рельефа местности на освоение месторождений полезных ископаемых
Рельеф местности месторождений в значительной степени определяет сложность инженерно-геологических условий их освоения. Равнинный или равнинно-холмистый рельеф (обычно платформенных областей) характеризуется небольшими превышениями отдельных его элементов (небольшая глубина расчленения) и слабым или средним, реже значительным горизонтальным расчленением (расстояние между понижениями, котловинами, эрозионными врезами —оврагами н балками). Поверхностный сток здесь замедлен, местность нередко заболочена, пересекается ручьями и речками; горизонты и зоны пород, вмещающие полезное ископаемое, часто залегают на отметках более низких, чем базис эрозии крупных рек и водоемов.
1 9