1.2 Инженерно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений

Площадь горного отвода шахты «10 – летия независимости Казахстана» расположена на всхолмленной равнине, имеющей общий уклон поверхности на юго-запад к долине реки Жарлыбутак. Абсолютные отметки поверхности в пределах месторождений Алмаз – Жемчужина, Первомайское, Миллионное и №21 изменяются в пределах – от 380м до 420м. В результате открытой разработки верхний частей месторождений Миллионное, Алмаз – Жемчужина, № 21 поверхность осложнена техногенными формами рельефа: карьерами «Миллионный», «Объединенный» и «Мирный», глубина которых соответственно составляет 165, 180 и 118м, и отвалами горных пород высотой до 45м.

На поверхности в пределах площади горного отвода залегают глинистые и рыхлообломочные образования:

- четвертичные элювиальные суглинки мощностью до 1,5м;

- палеогеновые отложения (глины с прослоями песка и опоковидного песчаника) мощностью до 19,7м;

- отложения меловой системы (алевриты и алевритистые глины с прослоями песков) мощностью до 21,6м;

- образования мезозойской коры выветривания на серпентинизированных ультраосновных породах и габбро – амфиболитов (структурные глины, деревянистые и щебенистые грунты) мощностью до 40 ÷ 85 м.

Глинистые и рыхлообломочные образования вскрываются только карьерами и шахтными стволами. Породы эти относятся к весьма неустойчивым. При проходке шахтными стволами интервалов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, вероятны осложнения, связанные с водонасыщенностью этих пород. При проходке глинистых пород возможно проявление их текучих свойств – вязкопластичное выдавливание глин мягкопластичной и текучепластичной консистенции в выработку и внезапный прорыв глин текучей консистенции. При проходке рыхлообломочных отложений возможны прорывы плывунов и воды с суффозионным выносом песчано–глинистых частиц. Для предотвращения подобных явлений интервалы возможных осложнений проходить их специальными методами: цементация, замораживания и др. [11].

Рудовмещающий скальный массив на всех месторождениях шахтного поля представлен серпентинизированными ультраосновными породами, которые в южной его части перекрыты толщей габбро амфиболитов. По №21 месторождению не наблюдаются.

Скальный массив шахтного поля характеризуется значительной структурой и механической неоднородностью. В первую очередь это проявляется в его значительной тектонической нарушенности. Интенсивные тектонические подвижки после становления массива обусловили образования мощных зон дробления на границе ультраосновных пород с перекрывающими их габбро – амфиболитами и расчленение массива на крупные тектонические блоки, в пределах которых широко проявлены разрывные нарушения более высоких порядков. Кроме того, проявление серпентинизации ультраосновных пород привело к увеличению объема породы на 10-15 % и возрастанию напряжений в массиве, последствием которых явилось образование различной фоновой трещиноватости и блочности.

По результатам геологоразведочного бурения на месторождении Миллионное выявлено 6 тектонических нарушений, Алмаз – Жемчужина – 3, Первомайское – 3 и №21 - 1. Средняя мощность зон дробления тектонических нарушений составляет: на месторождении Миллионное -1,6м. Алмаз – Жемчужина – 19,5м, Первомайское – 31,9м.

По генетической классификации в массиве месторождений выделяются две основные разновидности трещин: первичные и вторичные.

Наиболее распространены первичные трещины. Они имеют небольшую протяженность (менее 0,1 м) и относительно малую мощность. Такие трещины относятся к тонким (по классификации СНиП 2.02.02-85 – трещины VIII порядка), или к волосным (по терминологии ИГД). Чаще эти трещины присутствуют в пределах структурных блоков. Интенсивность этих трещин очень велика и колеблется в пределах 20-30 шт/м, достигая на отдельных участках 40 шт/м.

Вторичные трещины имеют большую протяженность – в пределах до 10 м и мощность нескольких мм до 10 см. Такие трещины по классификации СниП 2.02.02-85 относятся к мелким и средним (VII и IV порядков). Среднестатистическая интенсивность этих трещин составляет 7шт/м. а зонах тектонических нарушений – 15 - 20шт/м. Среднестатистическая мощность находится в пределах 0,9 - 1,5 см. Как показала практика и лабораторные испытания образцов, вторичные трещины оказывают основное влияние на прочностные и деформационные свойства массива. Эти трещины тяготеют к определенной ориентации и разбивают массив на отдельные структурные блоки. По размеру структурного блока институт ВИОГЕМ выделил пять категорий трещиноватости и на основании уравнения регрессии определил их зависимость от выхода керна разведочных скважин [11].

Таблица 1.2 - Классификация пород по степени трещиноватости

Категории трещинова-тости пород	Группы пород	Средний Линейный Размер Блока, м	Характеристика керна разведочных скважин
			Удельная трещиноватость (Количество трещин в 1м керна)	Количество раздроблен- ной породы. %	Выход Керна %
1	Практически монолитные	>0,6	<2	-	90-100
2	Слаботрещиноватые	0,25-0,6	2-4	<5	60-90
3	Среднетрещиноватые	0,15-0,25	4-7	<25	40-60
4	Сильнотрещиноватые	0,07-0,15	7-15	<50	15-40
5	Раздробленные Породы	<0,05	20	>50	<15

По результатам исследований, проведенных в карьерах ВИОГЕМом, выделено пять основных систем трещин, для каждой из которых дана характеристика морфологии поверхности и материала заполнителя. По результатам статистического анализа геологической документации подземных горных выработок на шахте «10-летия независимости Казахстана» и собственных наблюдений ИГД АН РК отмечено, что на разных участках в среднем присутствует от 3 до 4 пересекающихся систем трещин. Вторичные трещины, в основном, крутопадающие. На углы падения от 60 до 85⁰ приходится 95 % всех трещин.

В качестве расчетных параметров рекомендуется принимать показатели испытаний образцов с первичными трещинами. В целом для шахтного поля предел прочности на сжатие можно принять равным 60Мпа для пород и 35 Мпа – для руды, предел прочности на растяжение – 6Мпа для породы и 3,5 Мпа для руды.

Средняя плотность руд месторождений, составляет:

- 3,92т/м³ для Миллионного

- 3,87т/м³ для Алмаз-Жемчужина

- 3,66т/м³ для Первомайского

- 3,77т/м³ для № 21.

Средняя плотность для всех месторождений принимается равной - 3,86 т/м³.

Для шахт Донского ГОКа ВИОГЕМом была принята классификация пород по устойчивости. Классификация основана на зависимости устойчивости пород в горных выработках от их крепости и категории трещиноватости.

Рудный массив представлен крепкими кусковатыми (раздробленными) и сыпучими разностями хромовой руды. При этом наблюдается сложная перемещаемость крепких и слабых руд через 5-10м. рудные тела разбиты густой сетью трещин, с большими зонами интенсивного дробления, мощностью 2-10м, а иногда достигает до 40 м. наибольшая раздробленность руд установлена на месторождениях Алмаз – Жемчужина и №21.

Соотношение крепких и рыхлообломочных разностей по месторождению № 21 составляет 62,9% -крепких и 37,1 % - рыхлообломочных. По степени трещиноватости руды относятся к классу пород низкой устойчивости, и требуется крепление горных выработок при проходке по руде.

В целом инженерно – геологические условия разработки месторождений относится к сложным. Еще одним осложняющим фактором отработки месторождений хромовых руд является наличие на них газовых выделений водорода, приуроченных к зонам повышенной трещиноватости и имеющие локальный характер [11].