Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Оценка инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей на основе анализа тектонических структур и техногенных изменений

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Оценка инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей на основе анализа тектонических структур и техногенных изменений"

МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ т. Н.М.ФЕДОРОВСКОГО (ШЛС)

Нэ правзх рукописи -- - УДК 624.131.1:551.3.053

КУЗЬКИН Вячеслав Иванович

"ОЦЕНКА ИШСЕНЕРНО-ГЕОЛОППЕСКИ! УСЛОВИЙ МЕСТОРОЕДЕНИЙ СУЛЬФИДНЫ! РУД ГОРНО-СКШЧАТЫХ ОБЛАСТЕЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕКТОНИЧЕСКИХ СТРУКТУР И ТЕХНОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ"

Специальность 04.00.11 - Геология, поиски и разведка

рудных и нерудннх месторождений; металлогения

04.00.07 - Инженерная геология» мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва - 1998 г.

Официальные оппоненты:

Доктор reолого-минералогических наук, профессор П.А.Игнатов (MITA)

Доктор reoлого-минералогических наук, А.А.Варга (ГВДРОПРОЕКГ)

Доктор технических наук,

А.С.Зайцев (ГЕОЭКСЦЕНТР - Москва)

Ведущая организация - Институт горного дела им.

А.А.Скочннского

Защита состоится " А7*JttCfp/77C/1998 г. в. часов на заседании диссертационного совета Д.063.55.08. при Московской Государственной Геологоразведочной академии (МГГА), по адресу: II7485, Москва, ул.Миклухо-Маклая, дом 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной геологоразведочной академии.

п ^ "cpeijot

Автореферат разослан » Ч «теё/ОСМЯ 1993 г.

Ученый секретарь Диссертационного

совета, профессор Верчеба А.А.

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С возрастанием в последние года глубин разработки месторождений сульфидных руд в горно-складчатых областях все чаще приходится встречаться с проявлением неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений, связанных с зонами ослабления природного и техногенного типа, при вскрытии их в подземных горных выработках и бортах карьеров.

Природный тип зон ослабления в основном связан с тектоническими нарушениями различного порядка, мощными зонами дробления, смятия, рэссланцдвания и повышенной трещиноватости, которые существенно изменяются как по простиранию, так и по падению, что обуславливается, главным обрззом, величиной напряженно-деформированного состояния массива пород^

С техногенным типом зон ослабления связан процесс техногенного выветривания, возникающий и рэззивавдийся в процессе горных работ на месторождениях сульфидных руд, где увеличение аэриро-ванности обводненных массивов пород приводит к интенсификации процесса окисления и, как следствие, к повышению агрессивности подземных вод к рудовмещапцим горнил породам и горно-техническому оборудованию.

Данные обстоятельства предопределяют актуальность изучения этих процессов.

Для своевременного прогнозирования на стадии геологоразведочных работ, а также обоснования планирования эффективных защитных мероприятий в целях снижения негативного влияния указанных процессов в условиях эксплуатации необходима разработка и совершенствование методик изучения этих процессов.

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы состояла в разработке научных основ инженерно-геологического прогнозирования .условий эксплуатации месторождений сульфидных руд на базе оценки влияния природных и техногенных факторов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

I. Выявление влияния зон и поверхностей ослабления природного и техногенного характера на устойчивость массивов пород. Установление основных закономерностей формирования инженерно-геологических условий эксплуатации месторождений сульфидных рул

горно-складчатых областей с акцентом на анзлиз влияния рззрывной

- ч -

тектоники.

2. Установление механизма процесса техногенного выветривания руд различного генезиса как в массиве, так и лабораторных условиях, с позиций механики скзльшк пород.

3. Количественная оценка природных и техногенных факторов, оказывающих влияние на прочность пород по результатам лабораторного вещественного моделирования.

4. Количественная оценка инженерно-геологических показателей устойчивости пород на основе геомеханических многопараметрических классификаций по данным комплексного использования полевых и лабораторных методов.

5. Апробация авторских инженерно-геологических прогнозов различных месторождений сульфидных руд в горно-складчатых регионах.

Фактический материал и методика исследований. Объектами исследований, по которым получен основной фактический материал, явились 21 разведуемое месторождение сульфидных руд, расположенных в различных горно-складчатых областях (Южный Урал, Рудный Алтай, Зашшйский Ала-Тоо, Енисейский кряж, Могочинский анти-клинорий, Малый Хинган). Результаты этих исследований исполнителем и научным руководителем которых являлся автор, использовались при изучении месторождений и составляли самостоятельные^ части в отчетах по подсчету запасов для ГКЗ в геологических организациях указанных регионов. Использование автором в проводимых исследованиях на разведуемых объектах результатов эксплуатации по более чем 50 эксплуатируемых месторождениях-аналогах, расположенных в горно-добывающих районах, способствовало повышению достоверности прогнозных инженерно-геологических оценок на разведуемых месторождениях и соответственно повышению эффективности работ на стадии проектирования.

Во всех районах исследовались такие геологические особенности горно-складчатых регионов в целом, конкретных рудных полей и месторождений, которые предопределили влияние основных природных и техногенных факторов на инженерно-геологические условия эксплуатации месторождений. При решении вышеперечисленных задач были использованы следугацие методы:

I. Комплекс геофизических исследований по оценке структуры строения тектонических нарушений и интенсивности природной и техногенной трещиноватости массива пород (акустические методы и телефотокаротаж).

2. Количественной оценки напряженно-деформированного состояния массива пород руд в различной геолого-структурной обстановке, как в пределах техногенных зон, так и в природных условиях.

3. Специальных петрографических исследований пород с целью оценки минерального состава, структуры, текстуры и трещиноватос-ти, обусловливающих количественную оценку физико-механических показателей.

4. Количественной оценки физико-механических свойств скальных и полускальных пород и руд различных генетических типов.

5. Количественного определения физико-механических свойств пород в зонах дробления, смятия, рассланцевания и оперяющей тре-щиноватости, составляющих структуру тектонического нарушения.

6. Вещественного моделирования для выделения критериев подобия и количественной оценки влияния различных факторов на активность процессз техногенного выветривания и обоснования показателей прочности пород.

7. Геомеханических многопараматрических классификаций по оценке устойчивости и инженерно-геологических условий отработки месторождений.

Научная новизна работы. Диссертация является одной из первых работ, посвященных инженерно-геологическому прогнозированию на месторождениях сульфидных руд различных горно-складчатых регионов, основанному на обширном фактическом материале по природным объектам и лабораторных исследованиях.

Новизна состоит в том, что:

а) впервые установлено, что важнейшим фактором в формировании инженерно-геологических свойств пород является разрывная тектоника, обуславливающая блочное строение массива и интенсивное техногенное изменение свойств рудовмещающих пород в тектонически ослабленных зонах. При этом определяющее влияние на сложность условий оказывают зоны и поверхности ослабления природного и техногенного генезиса, их мощность и ориентировка относительно вырабатываемого пространства;

б) разработана оригинальная методика специального прогнозного инженерно-геологического картирования массивов пород в пределах месторождений сульфидных руд, расположенных в различных горно-складчатых областях;

в) оптимизирована методика инженерно-геологического изучения, оценки состояния и прогноза свойств пород зон ослабления

с комплексным использованием современных методов (телефотокаро-таж, акустические), как в пределах техногенного влияния горных выработок, так и за его пределами;

г) впервые процесс техногенного выветривания рассматривается с позиций механики скальных пород, сравнительном анализе прочностных свойств пород различных генетических типов до и после взаимодействия с растворами разного состава и кислотности при различных режимах;

д) разработанная методика лаборэторного вещественного моделирования процесса техногенного выветривания на месторождениях сульфидных руд позволяет количественно оценить вклад различных факторов в процесс;

г) разработана новая методика лабораторного эксперимента по изучению процесса техногенного выветривания, предусматривающая исследование природных образцов пород в естественном состоянии и с предварительным созданием искусственной трещиноватости различной интенсивности, позволяющей моделировать техногенную зональность, возникающую вокруг горных выработок после их проходки;

з) предложены новые способы лабораторного моделирования перераспределенного напряженно-деформированного состояния пород в техногенных зонах, с использованием взаимодействия растворов с породой непосредственно под нагрузкой;

и) получены новые данные о необходимости совершенствования количественных показателей устойчивости и сложности инженерно-геологических условий на основе оценки трещиноватости пород, зон дробления тектоничоских нарушений, напряженно-деформированного состояния пород в пределах природного массива и техногенных зон в пределах зон дробления тектонических нарушений. Установлены показатели, позволяющие количественно прогнозировать интенсивность процесса техногенного выветривания.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Результаты исследований по 21 разведуемому объекту непосредственно использовались при подсчете запасов и являлись составной частью отчетов для ГКЗ вгеологических организациях (Оренбургское ТГУ, Фрунзенское ПГО, Восточно-Казахстанское ТГУ, Дальневосточное 17, ПГО Крзсноярскгеология, ПГО Читагеология). Результаты инженерно-геологических исследований на эксплуатируемых объектах-аналогах использовались службами горнодобывающих

предприятий (Гайский ГОК, Зыряновский ГОК, Ак-Тюзский ГОК, Уча-линский ГОК, Горевский ГОК). В целом, полученные результаты использовались при проектировании разработки рудных месторождений указанных ранее регионов (Унипромедь, Востказгипроцветмет, Крзс-ноярскгипроцветмет).

Результаты вскрытия массива пород разведанных; месторождений горнодобывающими предприятиями показали высокую сходимость прогнозных и фактических показателей, что свидетельствует о практической эффективности разработок автора.

Установление механизма процесса техногенного выветривания с количественной оценкой прочности, являющейся основным расчетным показателем устойчивости, позволило использовать результаты исследований нз колчеданных месторождениях Южного Урала (Учалин-ский ГОК). Это позволяет с большей обоснованностью решать задачи по способам и технологии вскрытия месторождений, что приводит к снижению эффекта негативного влияния указанного процесса нз устойчивость пород в процессе эксплуатации.

Научно-методичзские и технические разработай автора постоянно используются и могут внедряться в практику з дальнейшем при изучении инженерно-геологических условий эксплуатации не только р:ганых месторождений, а также в процессе гражданского и промышленного строительства.

Апробация рзботн. Основные положения настоящей диссертационной работы докладывались: на Международном симпозиуме по подземным водам (Испания, Гренада, 1985 г.), на Всесоюзном симпозиуме по влиянию геологических фзкторов на свойствз и состояние массивов скальных пород (К.Ф.АН СССР. Апатита, 1974 г.), на У Всесоюзном симпозиуме по кинетике и динамике геохимических процессов (АН СССР, Черноголовка, 1989 г.), на конференции по применению геофизических методов для изучения скальных основзний (АН СССР, Солнечногорск, 1985 г.), на X Всесоюзном семинаре по использованию новых геофизических методов для решения инженерно-геологических и геокриологических задач (НТС АН СССР, ВСЕГИНГЕО, 1989 г.), на Международном симпозиуме по гидрогеологии и экологии (Санкт-Петербург, 1993 г.), на конференции по проблемам охраны окружающей среды районов Урзла (Свердловск, 1987 г.), на Российском совещании по гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии месторождений полезных ископаемых (Екатеринбург, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 работы.

Исходные материалы и личный вклад. В основу диссертационной работы положены исследования, выполненные лично автором или под его непосредственным руководством в течение 30 лет во Всероссийском научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии, в рамках хоздоговорной тематики, проводимой в шести регионах страны и госбюджетной, дополнительно базирующейся на результатах эксплуатации месторождений в горно-добывавдих районах этих регионов.

Работы велись в трех направлениях:

1. Особенности регионального формирования инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд в различных горло-складчатых регионах (Южный Урал, Рудный Алтай, Малый Хинган, Ззилийский Ала-Тоо, Енисейский кряж, Могочинский знтиклинорий).

2. Изучение процесса техногенного выветривзния как в массиве, так и в лаборатории с использованием вещественного моделирования.

3. Методические и теоретические разработки по специальному крупномасштабному прогнозному картированию на месторождениях сульфидных руд, в том числе и процесса техногенного выветривания.

Степень достоверности научных положений, методических рекомендаций и выводов обоснована обширным фактическим материалом по особенностям тектонической нарушенности массивов пород, их физи-ко^еханическими свойствами, обводненности, химсоставу и рН подземных вод, полученными лично автором при изучении, оценке и прогнозу инженерно-геологических условий эксплуатации по 21 разведшем ому месторождении сульфидных руд, с использованием шшенерно-геологических показателей по результатам, подученным при эксплуатации свыше пяти десятков месторождений в указанных ранее горно-промышленных районах.

Достоверность методических' и теоретических разработок автора подтверждается проверкой и высокой сходимостью авторских инженерно-геологических прогнозов, проведенных на стадии разведки, по результатам вскрытия этих участков массива пород в процессе эксплуатации, представленными горнодобывающими предприятиями.

Структурз и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, сгруппированных в три части, и заключения. Работа изложена на 32 3 страницах машинописного текста, который иллюстрируется 67 схемами, картами, разрезами, графиками, фотографиями и

15 таблицами.

- я-

В первой части (главы 1-3), посвященной формированию инженерно-геологических условий рудных месторождений в горно-складчатых областях, излагаются состояние проблемы, методика, результаты и методы традиционных и нетрадиционных полевых и лабораторных инженерно-геологических исследований, используемых при изучении, оценке и прогнозировании инженерно-геологических условий эксплуатации сульфидных месторождений и техногенного воздействия на них. Рассматриваются закономерности формирования инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей по данным разведки, где установлено, что ведущим фзктором формирования условий является разрывная тектоника.

Во второй части (главы 4-7), посвященной оценке изменений инженерно-геологических условий эксплуатации горных предприятий с учетом техногенного выветривания, излагаются методика и результаты лабораторного моделирования процесса техногенного выветри-зания месторождений сульфидных руд, выполненного в целях изучения механизма процесса техногенного выветривания с позиций механики скальных пород.

В третьей части (глава 8), посвященной прогнозу инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей по данным разведки, изложены положения по совершенствованию методики изучения природных и техногенных: факторов (в том числе процесса техногенного выветривания), используемых при прогноза устойчивости и сложности инженерно-геологических условий эксплуатации сульфидных месторождений (решение прямой задачи). Приведены результаты проверки инженерно-геологических процессов (решение обратной задачи).

Работа выполнена в лаборатории инженерной геологии месторождений полезных ископаемых и закончена в лаборатории гидрогеохимии ВСЕГИНГЕО.

При проведении экспериментальных полевых и лабораторных исследований в течение ряда лет автору помогали: Г.А.Волков, В.Н. Криканоз, В.З.Рубейкин, А.В.Трушн, А.В.Павлов, М.В.Кочетков, Г.Н.Кашковский, И.В.Колодина, В.А.Пэрамонов, Д.В.Сироткзш (ВСЕГИНГЕО), а также Л.А.Ярг, М.А.Макеичева (МГГА), Б.Д.Львов (Красноярское ГУ), В.И.Белянин (Восточно-Казахстанское ГУ)» в оформлении работы - К.С.Галочкина, С.ПЛевицкая, Е.ИЛившиц, которым автор приносит глубокую благодарность.

Нз различных этапах исследований автор неоднократно обсуждал дискуссионные положения и пользовался советами профессоров: С.Р.Крайнова, С.Е.Гречищева, Л.А.Ярг, Е.М.Пашкина, Г.К.Бондарика, В.В.Дещщна, С.Е.Чиркова, которш автор выражает искренний признательность.

Особые чувства признательности автор выражает профессору,

Г.Г.Скворцову

и кандидату

доктору геолого-минерэлогических наук ге о лого-минера логических наук С.В.Николаеву - основателям проблемы инженерной геологии рудных месторождений во ВСЕШНГЕО, оказавшим существенное влияние на формирование взглядов автора по рассматриваем™ в диссертации вопросам.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Положение первое. £т^укз2рно^ектонические_особенности месторождений суль^идных_р2Д_гДРД0г -складчатых облэ£тей_опр£деляют ззко-номешшсти_фощирования их_инженерно--геологичоских_обстановок.

Региональные и локальные факторы обуславливают количественные значения инженерно-геологических показателей: состав пород и их физико-механические свойства, напряженно-дефорлированное состояние массива пород, сейсмичность, обводненность.

Сеть тектонических нарушений, обуславливающих блочное строение массива и средний размер блока, должна служить основой специального крупномасштабного прогнозного инженерно-геологического картирования месторождений при выделении участков по степени устойчивости и сложности инженерно-геологических условий. Положение обосновано в первой части работы.

Инженерная геология скального массива, несмотря на свою относительную молодость, уже заявила о своих возможностях при изучении, оценке и прогнозе явлений, осложняющих условия эксплуатации месторождений при вскрытии массива пород подземными и открытыми горными выработкам.

В последние 25-30 лет в нашей стране были созданы основы инженерной геологии скальных массивов. Этот период отмечен разв! тием методологии исследований, что отражено в работах Г.Г.Сквор-цова, В.ДЛомтадзе, П.Ф.Панюкова, Г.А.Голодковской, В.Т.Глужко, Е.М.Сергеева, Б.В.Смирнова, Л.В«Шаумян, Л.А.Ярг и многих других

ученых.

Диссертантом в достаточной мере учтены принципы инженерно-геологического картирования, разработанные И.В.Поповым, а в дальнейшем конкретизированные Г.Г.Скворцовым, Г.А.Голодковской, Л.В.Шаумян. При этом следует отметить, что тленно Л.В.Шаумян наиболее близко подошла к вопросу составления инженерно-геологических типизаций с разрывной тектоникой, где в инженерно-геологической классификации массивов ею в самостоятельную группу выделены массивы горных пород в зонах тектонических нарушений. Это положение.активно разрабатывается диссертантом при оценке закономерностей формирования инженерно-геологических условий с целью их прогноза.

Теоретическими основами инженерно-геологических исследований являются представления о том, что современные инженерно-геологические условия формируются на протяжении всей геологической истории развития района. Основные природные инженерно-геологические показатели: состаз пород и их физико-механические свойства, напряженно-деформированные состояния массива пород, степень и характер трециноватости, обводненность тесно связаны з первую очередь с геолого-структурными особенностями той или иной территории. Это положение определяет методическую основу инженерно-геологических исследований вообще, и территории месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей, в частности.

Неблагоприятные инженерно-геологические процессы и явления, как показывает анализ устойчивости горных выработок указанных ранее регионов, связаны, в абсолютном большинстве случаев, с имеющимися в массиве горных пород зонами и поверхностями ослабления различного генезисз, и особенно с разломали различного порядка. При этом превалирующее влияние имеет: их ориентировка относительно горных выработок; их мощность и степень дробления материала. Последняя может быть щебенчатого или глинистого состояния. Преимущественное развитие одного из них определяет водопроводимость данного участка тектонического нарушения и, как следствие, обводненность горной выработки и месторождения в целом.

В каждом регионе есть фактор, являющийся одним из основных.

Так например согласно картам сейсмического районирования большинство месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей приурочены к сейсмически активным районзм. В них вероятность проявления землетрясений характеризуется геологическим возрастом складчатых структур и самих тектонических нарушений. В регионе

Заилийского Ала-Тоо, расположенном в наиболее молодой горноскладчатой области, .установлена сейсмическая активность тектонических нарушений различного порядка, включая высокую (ИФЗ Ш Кир гизстана), приводящая к перераспределению составляющих напряженного состояния массива пород месторождений. В основном именно этот фактор обуславливает повышенную мощность зон дробления, сте пень и характер самого дробления, строение самих дизъюнктивов. Таким образом, фактор сейсмичности, обуславливающий структуру и состав тектонических нарушений, региона Заилийского Ала-Тоо, в том числе для месторождений АК-Тюзского рудного поля,-является одним из основных, определяющих сложность инженерно-геологических условий.

Месторождения региона Южного Урала сложены в большей степен прочными изверженными породами. Но напряженно-деформированное состояние массива пород данной древней горно-складчатой области характеризуется по сравнению с другими регионами низкими значени ями компонентов поля напряжений.

Этот факт обуславливает относительно слабое дробление пород в зонах тектонических нарушений, преимущественное развитие щебен чатого материала, в отличие от глинистого заполнителя, возникновение которого обуславливается высокими значениями компонентов поля напряжений дляданного типа пород. Все это обуславливает во-допроводимость зон дробления, способствует повышенным водоприто-кам в горные выработки, увеличивающимся с глубиной.

Состав пород и руд месторождений таких регионов, как Енисей ский Кряж и Малый Хинган, представленных преимущественным развитием карбонатной толщи, способствует образованию повышенной мощности древних линейных пор выветривания, достигающих вблизи тектонических нарушений и участков их пересечения 270 м, т.к. дробление карбонатной толщи предопределяет высокую степень выветрива ния в климатических условиях указанных регионов.

Тесная связь складчатых структур с разрывной тектоникой, ко тролирукщей их состояние, позволяет установить особенности геологического строения, характер и степень нарушенности массива по род месторождения тектоническими нарушениями и наиболее обоснованно подойти к специальному крупномасштабному инженерно-геологи ческому кзртированию мзссива пород месторождения, в том числе и по устойчивости.

Именно структурно-тектонический анализ с акцентом на разрыв ную тектонику, обуславливающую блочное строение массива, позволя

ет на территории месторождения выделять участки инженерно-геологических массивов, характеризующихся общностью строения, состава и свойств пород, состоянием массива пород и их обводненностью.

В процессе инженерно-геологических исследований на разведуе-мых месторождениях автором проводилось крупномасштабное инженерно-геологическое картирование с выделением участков по степени сложности инженерно-геологических условий как по площади, так и глубине. Количественная характеристика инженерно-геологических показателей таких участков составляла осноау типового проектного паспорта буровзрывных работ при вскрытии месторождения горными выработками.

Достоверность инженерно-геологической оценки условий эксплуатации обеспечивается объемным фактическим материалом по количественной и качественной оценке природных и техногенных фзкторов, полученной на стадии разведки месторождений.

Не только в пределах месторождений, но и горнодобывающих районов в целом автором по инженерно-геологическим показателям выделены рудные поля, где рудные месторождения характеризуются близкими геолого-структурнши тектоническими условиями. Например, в пределах горно-складчатой области Рудного Алтая, выделены геоструктурные блоки с инженерно-геологической оценкой геолого-структурных условий отдельных районов. В пределах горно-складчатого региона, например, Юго-Западного Алтая выделены геоструктурные блоки с инженерно-геологической оценкой условий отдельных горнодобывающих рзйонов. В пределах, например, Зыряновского горнодобывающего района по инженерно-геологическим показателям выделены отдельные рудные поля с локальной оценкой внутри них каждого месторождения» Указанные методические принципы были положены в основу региональной типизации рудных месторождений, например, региона Юго-Западного Алтая по степени сложности инженерно-геологических условий их разработки.

Накопленный диссертантом опыт составления инженерно-геологических типизаций, где в качестве самостоятельных таксономических единиц выделялись регионы, области, районы, подрайоны, а при картировании самого месторождения - его участки и элементы, учтен при составлении общей типизации месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей по степени сложности инженерно-геологических условий опыт при их разработке.

- ц ■

Положение второе: Ин^е^едшз-геологкческие подобия

_э£сдл£ад;щи2 иэстараждений ¿б^сдавлавдются шщяцием

ае_только природных,_но и техногенных Факторов^ модности хе^н^генцьщ зоа,_идтвнс1тн(2С1И_исва;сствецнйй_тдещидовзхостй, величин пеЕб£аспдеделенного напряженно^цеформидованного состйяаил,_алрессивн£С1И_ПйЦземн^х_в£дА окяздаащи^ _влиание_рд вы^од спдсцба ¿тда^о^кн

Особенности формирования техногенной зональности вокруг горних выработок, пройденных в массивах месторождений сульфидных руд (осложненных шшкативной и разрывной тектоникой, со сложным распределением составляпцих напряженного состояния) до последнего времени являлись слабо разработанными с позиций инженерной геологии скальных массивов.. Эти аспекты автором в целом оценены и детализированы для отдельных участков месторождений, находящихся в различных геолого-струксурных условиях.

В зависимости от технологического назначения выработки, ее ориентировки относительно элементов пликативной и разрывной тектоники определенного порядка, каждая из техногенных зон, как зона повышенной, так и пониженной трещиноватости, характеризуется определенной мощностью, установленной по величине акустического показателя. Установлено, что в тектоническом нарушении, в зависимости от состояния и мощности пород в зонах дробления, в пределах техногенных зон происходит увеличение в 3-5 раз мощности зоны, как повышенны?:, так и пониженных напряжений.

Установлено, что существенное изменение мощности техногенных зон вокруг выработок в структуре тектонических нарушений обусловлено также высокой изменчивостью величин напряжений на отдельных участках массива. Это связано с тем, что пликативная и разрывная тектоника в массиве пород проявлена крайне неравномерно, т.е. величины главных и касательных напряжений в элементах складок различного порядка весьма существенно отличаются. Изменение величины этого показателя приводит к тому, что мощность зон дробления тектонических нарушений по их простиранию и падению существенно отличается.

Постепенное, после проходки выработок, формирование "свода естественного равновесия" (М.М.Протодьяконов) в зонах тектонических нарушений приводит на отдельных участках складчатого массива к различным по мощности формированиям техногенных зон вокруг выработок, а в местах "раздува" зон дробления и к увеличению веса

- ¡з-

"отслзивающейся" породы на крепь, которая при превышении ее несущей способности, будет разрушаться.

Известно, что в результате проходки подземных горных выработок образуются зона разгрузки и зона опорного давления, характеризующиеся повышенной искусственной трещиноватостью. С целью создания искусственных трещин различной интенсивности, моделирующих техногенные зоны образцами пород, автором использовалось предварительное нагружение этих образцов в два этапа. При моделировании интенсивности искусственной трещиноватости в зоне повышенной трэщиноватости (зоне разгрузки) образцы подвергались до взаимодействия с растворами нагружению, соответствующему 50% от разру-шэпцей разгрузки, а в зоне пониженной трещиноватости (зоне опорного давления) - 2Ь% от разрушающей. Для особо прочных высокомодульных пород, с целью превышения предела упругости, степень предварительного нагружения достигла 60$. Моделирование процесса с предварительно нагруженными образца™ проводилось как в динамическом, так и в статическом режимах взаимодействия пород с растворами.

Анализ результатов взаимодействия образцов пород с предварительным нэгружением в двух режимах (динамическом и статическом) показал, что интенсивность снижения показателя прочности на первом, основном этапе взаимодействия увеличивается на 15-20$ по сравнению с результатами без предварительного нагружения, в зависимости от генетического типа пород. При этом, у наиболее прочных, изверженных типов пород, где величина предварительного нагружения достигла 60/о, интенсивность снижения прочности выше, чем у более слабопрочных осадочных пород.

Результаты изучения изменений прочности при взаимодействии с подземными водами позволили заключить, что наиболее достоверными данными, полученными в процессе моделирования процесса в системе "вода-порода", являются данные, полученные при взаимодействии обрззцов пород с предварительным нэгружением, т.к. эти образцы имеют трещинозатость как природного, так и искусственного характера, что свойственно техногеннш зонам.

Результаты изучения механизма изменения прочности различных генетических типов пород при взаимодействии с растворами различной кислотности (от 1,5 до 4,5) непосредственно под нагрузкой позволили заключить:

а) интенсивность снижения прочности пород при взаимодействии без предварительного нагружения у осадочных пород увеличивается

в 20-25 раз, у изверженных - в 12-15 раз;

б) предварительное ступенчатое нагружение образцов (25$, 50$, 50$), т.е. создание искусственной трещиноватости различной интенсивности, увеличивает интенсивность снижения прочности пород в 2-6 раз, в зависимости от ступени этого нагружения;

в) изменение величины непосредственного нагружения (10$, 20® и 30$) от разрушающей при взаимодействии с растворами, характеризующей изменение величин перераспределенного напрявенно-деформи-рованного состояния в зоне опорного давления в зависимости от интенсивности проявления пликативной и разрывной тектоники на участках проходки выработок, увеличивает интенсивность снижения про* ности в 5-10 рзз и более, вплоть до разрушения образцов;

г) при pH 1,7-2,5 прочность различных генетических типов пород при взаимодействии с растворами разного химсостава под нагрузкой снижается на 20-30$, а при pH = 2,5-3,5 - на 10-20$.

Результаты, полученные диссертантом, подтвердили положение разработанные А.Ф.Иоффе для металлов и В.Ярошевским (1981) для искусственных материалов и пород при взаимодействии их с водой или соляной кислотой непосредственно при нзгружении.

В целом проведенные диссертантом исследования непосредственно при нагружении разных генетических типов пород в агрессивных средах подтвердили принципы Рикке, согласно которым упругий материал, подверженный воздействию какого-либо растворителя в зоне сжимающего напряжения, растворяется активнее в местах максимального напряжения, а продукты растворения мигрируют в места с минш льным напряжением. Такое растворение под давлением может происходить лишь при наличии условий для миграции раствора, т.е. в трещиноватых и пористых средах, какими являются горные породы и особенно в зонах дробления.

Положение третье. Для достоверной оценки_влияния_пдщ>однмх а ^ехнцгендых фак^одов да_формидовадие инжепедно-гэоло-_ 1идеск2х_,условйй_нес£х:одЕмд комплексное использовадие полевые а йаборахот2ньрс_м£Т£ДовА £ ;гаким меходагд относятся: телес£отокаdoiag,_а&у стаче с£ие методы^ спещальдые петрогда-

фические_и_геомеха2рческ1ез1етоду,^

Микроскопия, _К1ф2акт£г.га тдиз д веществедндго ла^ола-

ходногд модеди£овадид

Сложность инженерно-геологических условий месторождения обуславливается активностью проявления в массиве пород зон поверх-

ностей ослабления различного генезиса. На месторождениях со сложными инженерно-геологическими условиями особенно расположенными в горно-складчатых областях, необходимо комплексирование методов, позволяющих наиболее эффективно оценивать указанную неоднородность пород.

Диссертантом предложено использовать телефотокаротаж (ТФК по Н.П.Баталову и др., 1980) при инженерно-геологическом изучении и оценке зон ослабления, представленных участками тектонических нарушений и повышенной трещиноватости. Применение данного метода позволяет оценить количество и ориентировку трещин различного генезиса, степень раздробленности пород в пределах тектонических нарушений.

Использование данного метода на месторождения сульфидных руд Рудного Алтая и Енисейского кряжа, для которых общим в структурно-тектоническом плане является преимущественное развитие крутопадзю-щих тектонических нарушений, определяющих ориентировку основных систем трещин, позволило провести сравнительную оценку трещиновз-тости пород, полученную по результатам документации подземных горных выработок, карьеров, инженерно-геологической и фотодокументации керна скважин. Сравнение количественной оценки трещиноватости по площади и с глубиной в пределах участков, представленных определенным типом пород, установлено, что степень их трещиноватости по данным ТФК, документации подземных и открытых выработок весьма близка. Отличие обусловлено техногенным фактором, т.е. наличием искусственных трещин и зон дробления, возникэщих при проведении буровзрывных работ.

Особенно эффективно использование ТФК при выделении зон дробления тектонических и техногенных нарушений, т.к. метод позволяет достаточно четко идентифицировать зоны дробления техногенного происхождения.

Совместный анализ ТФК, зкустического каротзжа и кзверномет-рии позволяет не только наиболее достоверно идентифицировать зоны дробления и повышенной трещиноватости, но и классифицировать их по значениям упругих показателей, величины которых на таких участках массива на порядок, а иногда в несколько десятков рэз отличны от других интервалов. Повышение достоверности оценки зон дробления и повышенной трещиноватости пород, слзгзидих участки массива с наиболее сложнши инженерно-геологическими условиями, существенно повышзют достоверность прогноза инженерно-геологических условий эксплуатации месторождения в целом.

Метод крупномасштабного специального инзенерно-гвологичес-кого картирования по сложности условий или устойчивости базируется на анализе тектонических структур месторождения. Границами участков по категориям устойчивости или инженерно-геологической сложности как по площади, так и глубине являются литологические контакты и разломы. Массивы пород в зонах тектонических нарушений выделяются в самостоятельную категорию. При этом каждая категория при специальном крупномасштабном инженерно-геологическом картировании количественно оценивается набором природных и техногенных факторов, используемых на стадии проектирования разработки.

Одним из основных факторов в этих случаях является оценка прочности - основного расчетного показателя устойчивости, как при подземном, так и при открытом способе эксплуатации. В связи с этим при комплексной оценке природных и техногенных факторов, показателю прочности придается особо важное значение. Данный показатель оценивается целым рядом ГОСТов как в лабораторных, так и в полевых условиях. В обоснование количественных изменений прочности положены минеральный состав, структура, тексзура и трещиноватость различных генетических типов пород.

Диссертантом предложена специальная методикз петрографических исследований, позволящая количественно оценивать прочность различных генетических типов пород на разрыв непосредственно в зоне раскола. Ориентировка линии раскола с учетом структурно-текстурных особенностей и трещиноватости дает возможность определить на каждом конкретном участке образца породы влияние минерального состава, структуры, текстуры и трещиноватости. Эта методика использовалась автором и при сравнительной оценке прочности в процессе техногенного выветривания, т.е. до и после взаимодействия пород с кислыми водами. С целью повышения достоверности сравнительной оценки прочности до и после взаимодействия с кислыми растворами в зависимости от петрографических особенностей пород и трещиноватости различного генезиса, помимо указанных методов использовалась растровая электронная микроскопия и дафрактометрпя. Использование указанных трех методов при изучении прочностных свойств пород в процессе техногенного выветривания позволило оценить в процессе эксперимента данные об изменениях минерального состава пород, структуры и трещиноватости на микроуровне. Применение в комплексе с лабораторными и полевыми акустическими методами методэ специальных петрографических исследований повышает

достоверность интерпретации результатов изменения прочности, в процессе техногенного выветривания на микро- и на макроуровнях.

В настоящее время на ряде месторождений сульфидных руд (Южный Урал, Рудный Алтай, Енисейский кряж, Малый Хинган) при проходке горных выработок для водопонижапцих мероприятий нзми установлено увеличение аэрированности горного массива, особенно в рудоносных зонах, за счет искусственного доступа кислорода и изменения температурно-влаяностного режима привело к интенсификации процессов окисления. В этих условиях особо важное значение приобретает изучение, оценка и локальный прогноз данного техногенного фактора, определяющего процесс техногенного выветривания.

Для этого диссертантом в комплексе с указанными методами использован метод вещественного лабораторного моделирования, позволяющий воспроизводить на моделях из естественных материалов (породы, подземные воды) техногенные изменения массивов пород при различных сочетаниях природных и техногенных факторов.

Совместно с изучением природных факторов метод вещественного лабораторного моделирования техногенного процесса обеспечивает наиболее полную оценку инженерно-геологических условий эксплуатации месторождений сульфидных руд.

Положение четвертое. Метоли1£Э_изуз9дия 2 прогаоз.а_пдоцесса 18хн£Г!ндо£о_вкветдивэ2ид как депосредствеяно в массиву, 13£ Ж S дабодахоЕНЫХ^услдваяй доджаа_с&1ЩШа1Ь_К£гачес2вен-Вуто аценКУ_П2ИРода^_и_техногедаж_фак20ЕОВ,_оказщадд2х_ влдяние Нэ_пп02н£схь_п0рдд^0сн£ву;0£0_рэсч01н0гс показателя ДЩ проектир2ван23_способа_и_т92НОЖО£ии эксш£удтдции_ Ыбстдрожзздид

К таким факторам при лабораторном моделировании процесса должны быть отнесены: минеральный состав и структура пород; гидрохимический состав и pH вод; интенсивность природной и техногенной трещиноватости, возникающей в процессе буровзрывных работ; величины перераспределенного напрявенно-дефорлированного состояния пород массива в пределах техногенных зон; содержание микрофлоры; режим взаимодействия жидкой и твердой фаз (статический и динамический), форма и размер образцов; ориентировка основных систем трещин в условиях напряженного состояния массива пород в техногенных зонах.

С целью учета укзззнных факторов при лабораторном моделиро-

вании необходимо решение задач при исследовании изучаемого участка массива: оценка напряженно-деформированного состояния массива как в природных условиях, так и в каждой техногенной зоне в отдельности; оценка природной и техногенной трещиноватости в пределах техногенных зон; оценка мощности каждой из техногенных зон; величины водопритоков на изучаемых участках с оценкой состава вод и рН, ориентировка основных зон и поверхностей ослабления с учетом гес^лого-струкаурных особенностей изучаемого участка.

Анализ проведенных нами исследований и исследований других авторов в этой области позволил заключить, что процесс техногенного выветривания приводит к активизации влияния агентов выветривания (воды, углекислого газа,, кислорода, микрофлоры) и ускорению взаимодействия раствора с минеральными компонентами.

В условиях увеличения аэрированности горного массива, особенно в рудоносных зонах месторождений сульфидных руд процесс техногенного выветривания протекает наиболее активно.

При этом особо важное значение приобретает изучение, оценка и прогноз процесса с целью предупреждения отрицательных последствий его влияния на условия эксплуатации и воздействия на ок-ружакхцую среду.

При моделировании техногенного выветривания решались следующие задачи: определение влияния химического состава и рН вод на состояние пород, изменение физической природы прочности с позиций механики скальных пород; установление влияния режима взаимодействия вод и пород с природной и искусственной трещиноватостью как непосредственно под нагрузкой (зона опорного давления), так и без нее (зона разгрузки); изучение и оценка окислительно-восстановительного потенциала нз константе рудных тел с вмещающими породами с целью прогноза техногенного процесса.

Использование любых материальных моделей требует их доказательства приближенного или частичного подобия оригиналам. Только при этом условии результаты лабораторных исследований могут быть перенесены на натуру. Геологическое подобие представляет собой случай приближенного и неполного подобия, при котором протекание во времени геологических процессов и явлений оказывается приближенно пропорциональным по существующим характеристикам. Возможность оценить подобие природных процессов и модели дает теория геологического подобия, которая содержит общие принципы и условия подобия геологических процессов, явлений и образований. Она позволяет получить не только качественные, но и количественные ха-

рактеристики подобия, а тают определить необходимые и достаточные условия моделирования. Чтобы геологические процессы или явления были подобны, необходимо и достаточно, чтобы они были качественно одинаковы, характеризовались одними и теми же критериями подобия и илели бы общие условия однозначности.

При моделировании процесса техногенного выветривания эти условия сводятся к следующим: идентичность взаимодействувдих материальных объектов: горных пород, водных растворов, газовой составляющей, их состава и свойств в ходе процесса в массиве пород и процесса, воссозданного в модели; идентичность условий взаимодействия.

Первое условие однозначности обеспечивается полностью, т.к. рассматриваемое лабораторное моделирование реализовалось на моделях с одинаковой с оригиналом основой. В процессе моделирования образцы, помещенные в экспериментальную установку сохранили исходную структуру, минеральный состав, текстуру и свойства с учетом интенсивности техногенной трещинозатости. Химический состав водных растворов, взаимодействующих с твердой фазой, соответствовал тому, что и в массиве, поскольку воды отбирались на тех же участках.

Второе условие однозначности, об идентичности .условий взаимодействия между вещественными компонентами, выполняется путем задания и поддержания в ходе эксперимента термодинамических, гидрогеохимических, гидродинамических, геомеханических (моделирование напряженного состояния) условий, аналогичных условиям протекания процесса в естественных условиях.

Известно, что критерии подобия, состоящие из размерных сомножителей, предетавляющих основные показатели и параметры, определяют необходимые и достаточные .условия подобия изучаемых процессов. Рассмотрение механизма процесса техногенного выветривания скальных и полускальных пород дало основание выделить гидродинамический, гидрогеохимический, температурный критерии подобия, а также геомеханический, учитыващий перераспределенное напряженно-деформированное состояние пород в техногенных зонах.

Критерии гидрогеохимического подобия модели и оригинала включэют параметры, характеризующие физико-химические взаимодействия, протекающие при техногенном выветривании. Критерием гидрогеохимического подобия является равенство величин рН модели и оригинала, а также идентичность состава водных рэстворов, взаимодействующих с горными породами.

Для вывода гидродинамического критерия подобия использовался метод комбинирования показателей существующих факторов в безразмерные комплексы. Проведен расчет и сравнение критериев гидродинамического подобия, показавший их примерное равенство. Это указывает на сходство процесса гидродинамического взаимодействия пород с водными растворами в модели и природных условиях. Следовательно,можно ожидать, что продукты процесса, полученные в модели, будут подобны тем, которые могут сформироваться в природных условиях, но за более длительный период.

Достаточно трудной задачей моделирования,реализуемого на вещественных моделях, является получение надежных оценок, характеризующих временные аспекты процесса. Под временным масштабом (в соответствии с определением Л.А.Ярг) следует понимать отношение единицы времени протекания некоторой стадии процесса в экспериментальных условиях по времени развития аналогичной стадии в природных условиях, а в нашем случае в условиях эксплуатации месторождения. Для установления временного масштаба при моделировании в гидродинамических условиях сопоставлено количество инфиль-трушцейся воды через образцы в приборе с натурными данными о количестве водопритоков в горные выработки, в зоне влияния которых протекает процесс техногенного выветривания.

Для исследования влияния различных факторов на протекание процесса техногенного выветривания автором была использована методика дробного факторного эксперимента. При планировании эксперимента, например, в динамическом режиме использовался метод Бокса-Уилсона, рассмотренный Ю.Л.Адлером, Е.П.Марковой, Ю.В.Грановским, Л.А.Ярг. В качестве наиболее важных факторов автором были выбраны: интенсивность подачи раствора; его компонентный состав и рН; структурно-текстурные особенности и интенсивность искусственной трещиноватости пород.

Характеристика интенсивности техногенной трещиноватости в зонах опорного давления и разгрузки достигалась предварительным нагружением образцов пород (26 и 50$ от разрушающей нагрузки), что позволило оценить критерии нарушенности пород искусственными трещинами, при моделировании на образцах и массива в техногенных зонах. При этом моделирование процесса с предварительным нагружением образцов проводилось как в динамическом, так и статическом режимах, взаимодействия пород с растворами, что позволило оценить влияние техногенной трещиноватости на скорость процесса и непосредственно самого режима взаимодействия.

Анализ результатов моделирования показал, что предварительное ступенчатое нагружение образцов увеличивает интенсивность снижения прочности пород в 2-6 раз в зависимости от величины ступени нагружения.

Состояние массива пород в техногенных зонах опорного давления и разгрузки принципиально отличзются между собой (М.М.Прото-дьяканов). При моделировании автор сделал попытку учесть величину перераспределенного напряженно-деформированного состояния пород в техногенных зонах. Этот критерий был количественно определен в техногенных зонах при оценке напряженно-деформированного состояния пород в массиве по методу Турчанинова-Гдушко.

Наиболее трудной задачей при моделировании процесса в техногенных зонах явился учет перераспределенного напряженно-деформированного состояния. Растворимость материалов в агрессивных средах непосредственно при нэгружении, как показал анализ работ, крайне слабо изучена. Проведенные диссертантом исследования по взаимодействию агрессивных вод с породами непосредственно при нагрузке подтвердили направленность массообмена, разработанные В.Ярошевским (1981 г.), в основном для искусственных материалов.

Необходимо отметить, что величина непосредственного нагружения, при котором происходило взаимодействие пород с агрессивными водами, колебалась в интервале 10-30$ от разрушзкщей нагрузки, что соответствовало величинам перераспределенного напряженно-де-формированнсго состояния, подученного при замере этих величин непосредственно в массиве, в зоне опорного давления. Образцы техногенной зоны разгрузки подвергались только предварительному нэ-гружению (25, 50 и 60$ от рэзрушающей) и взаимодействие их с агрессивными водами непосредственно при нэгружении не приводилось, что соответствовало результатам состояния массиза пород на этих участках массива, наиболее затронутых буро-взрывными работами.

Полученные результаты моделирования по зоне опорного давления показали, что интенсивность снижения прочности при взаимодействии с arpeссивными водами непосредственно при нэгружении увеличивается з 5-10 раз, а при интенсивной природной и техногенной трещиновэтости образцы пород в процессе взаимодействия с растворами полностью теряли свою несущую способность за достаточно короткий интервал времени.

Результаты использования растровой электронной микроскопии, рентгеновских, акустических, специальных петрографических и гео-глехзнических методов исследования пород после их взаимодействия

- •гнс агрессивными водами позволяют заключить, что основным фактором интенсивности снижения прочности пород различных генетических типов является природная и искусственная трещиноватость, роль которой существенно возрастает при взаимодействии пород с растворами непосредственно под нагрузкой с учетом ориентировки трещин относительно направления прилагаемой нагрузки.

.Положение пятое. Меходика_изуче,рд,_о11едкЕ а ДР£гдоза_ инженерно-геологических условий месторождений сульфидных: ШЕ в годно-складчатж_ областях при дамедцсе^олжна содержать количестве|Ж£ю_сценщ геологических и техногенных фаЕтдр£вх что £П0С£бству£т_П0вшещю_УЕ0вня щкугдозидовадид не б л а г о пд иятдых щгсенедно-геологических процессов и явлений во времени и прдстранстве_на стгдеии_пдо£ктидования способа _и_технологии вскрытия_

В условиях разнообразия инженерно-геологических обстановок, возникающих при эксплуатации месторождений сульфидных руд в горно-складчатых областях, становится необходимым повышение достоверности инженерно-геологических прогнозов. В связи с этим, назрела настоятельная потребность количественного и унифицированного представления прогнозируемых инженерно-геологических показателей. Для проектирования инженерно-геологическая информация представляется особо важной, поскольку в ней синтезируются все параметры устойчивости горного массива. Существующие подходы к вопросам количественного прогнозирования устойчивости базируются на принципиально различных модельных идеализированных представлениях о массивах горных пород, включающих основные геологические и горно-технические параметры.

Прогнозирование степени сложности инженерно-геологических условий эксплуатации и проблемы оценки устойчивости массива оказываются тесно связанными (Р.С.Зиангиров, Г.К.Бондарик). В связи с этим в работе на основании анализа существующих методов оценки устойчивости и сложности инженерно-геологических условий эксплуатации показаны пути совершенствования расчета с учетом природных и техногенных факторов. Последние, как правило, в существующих методах учитываются в весьма незначительной степени или не учитываются совсем.

При использовании аналитических метоттпв для оценки устойчивости использование механических моделей и расчетных схем обеспечивает получение строгих аналитических решений, а анализ с точ-

нш учетом всех свойств массива пород является принципиально невозможным, вследствие их очевидной неисчерпаемости. Этот вывод по указанным методам особенно актуален применительно к массивам пород месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей, характеризующихся, как правило, сложными геолого-структурными условиями, активным проявлением локзльных геологических процессов, резко изменяющих состояние и свойства пород в массиве.

Невозможность наиболее полного учета геологических и техногенных факторов в рамках использования механических моделей способствовало развитию принципиально иного подхода к прогнозированию устойчивости, который условно можно определить как змпирио-аналитический ( В.Т.Гяушко, 1978). В его основе лежат классификации горных пород по устойчивости (П.Н.Пагожов, Г.Н.Фисенко, Б.В.Смирнов). Синтезированная оценка основных характеристик устойчивости, базируется на "Геомехзнических классификациях массива" (Н.С.Булычев, Э.Бенявски, Н.Бартон и др.). Основу такой классификации составляет система частных классификаций по наиболее важным инжнерено-геологическим, гидрогеологическим и горно-техническим параметрам, ранжированным по влиянию на условия воздействия инженерных сооружений в скальных массивах. Составной частью геомеханических классификаций являются эмпирические зависимости, связывающие интегральную оценку параметров устойчивости и прогнозируемые расчетные величины. Практическое применение указанных методов на месторождениях сульфидных руд горно-складчзткх областей показало необходимость совершенствования методики количественных показателей. Онз включает: (а. о.а.), мощность и степень дробления пород в зонах тектонических нарушений; напряженно-деформированное состояние структурных элементов пликативной и разрывной тектоники).

В настоящее время рядом исследователей разрабатывается направление по оценке сложности инженерно-геологических условий эксплуатации на основе комплексной количественной оценки инженерно-геологической системы (Г.К.Бондарик, 1988, Б.В.Смирнов,1976, Р.А.Дегтярев, А.В.Бейботчаев, Ю.П.Чзпдарова,1985, В.В.Пендин, 1987). Предложенный метод позволяет в достаточно полной мере учесть влияние локальных факторов на сложность условий объекта в целом.

Необходимо отметить, что в настоящее врет все более широкое применение получает разработанная Л.Б.Розовским (1969 г.) теория геологического подобия и основанные на ней методы инженерно-гео-

логических аналогий (Пашкин, 1981, Смирнов, 1985).

С целью повышения достоверности прогнозной оценки массивов пород, автором разработана типизация зон и поверхностей ослабления различного генезиса, где ведущим признаком является средний размер блока, ограниченного поверхностями ослабления. На каждом разведуемом месторождении проводится частная инженерно-геологическая типизация по степени сложности, где основным фактором является степень раздробленности пород поверхностями ослабления различного генезиса. Таких частных типизаций по отдельным месторождениям автором составлено более 20. Выделение числа категории сложности обуславливается количеством сочетаний факторов при оценке преимущественного развития тектонического или литогенетп-ческого типа зон и поверхностей ослабления.

В геомеханических классификациях по устойчивости .указанных выше исследователей, выход керна, как фактор нарушенности оценивается показателем д. <э. л.. Необходимо отметить, что указанным показателем оцениваются куски керна не менее 10 см, т.е. оценку зон повышенной трещиноватости и рассланцевания проводить невозможно. В целях повышения достоверности инженерно-геологической оценки состояния керна автором, на основании проведенных исследований на месторождениях различных горно-складчатых областей рекомендуется метод телефотокаротэжа в комплексе с методами акустического каротажа и кавернометрии.

Автором получена вполне удовлетворительная сходимость результатов по количественной и качественной оценке трещиноватос-ти пород по керну, подземными горными выработками и карьерам. При этом наиболее высокая эффективность использования указанного метода установлена на участках массива вблизи зон и по самим участкам дробления тектонических нарушений. На этих участках массива с помощью указанных методов установлено, что ошибка при выделении зон дробления по результатам инженерно-геологической документации керна скважин достигает 25-30%, что связано с технологией бурения геологоразведочных скважин, т.е. техногенным фактором.

В имеющихся многопараметрических геомехэнических классификациях устойчивости недостаточно полно учитывается фактор напря-ванво-деформированного состояния массива, особенно на участках тектонических нарушений. Этот вывод особенно важен для месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей, где крайне неравномерно расположены пликативные и разрывные структуры рззлич-

ного порядка, чем обуславливается высокая неоднородность распределения главных и касательных напряжений.

Вариации изменения величин перераспределенного напряженно-деформированного состояния массива в пределах техногенных зон указывает на то, что мощность техногенных зон на участках дробления пород тектонического нарушения увеличивается в 6-8 раз по сравнению с участками массива,ненарушенного разрывной тектоникой. Именно мощность зоны дробления и свойства пород, ее слэтзнцих , и определяют устойчивость выработки и масштабность образования "свода естественного равновесия" после ее проходки.

Дополнительным фактором, снинзщим устойчивость выработки на таких участках, является водопроводимость зон дробления. Вскрытие горного массива приводит к нарушению гидродинамического режима, возникновению дренажных воронок, при этом основные водопритоки, естественно, возникают в пределах зон дробления тектонических нарушений.

Проведенные автором детальные исследования процесса техногенного выветривания показали необходимость учета данного техногенного фактора, который позволит снизить негативное влияние указанного процесса на устойчивость выработок после их проходки.

Результаты исследований по количественной оценке основных природных и техногенных факторов позволяют заключить, что необходима детализздия методики прогнозирования инженерно-геологических условий на основе совершенствования многопзраметрической геомехзнической модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Месторождения сульфидных руд горно-склздчатых облзстей чаще всего приурочены к скальным и полускальным породам, представленным в основном изверженными и метаморфическими разновидностями. Данные типы пород обладают высокой прочностью - основным расчетным показателем устойчивости, используемой при проектировании способа вскрытия и эксплуатации месторождений. Однако большая часть неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений в массивах пород связана с зонами и поверхностями ослабления природного и техногенного характера. Своевременное и грамотное использование основ структурно-тектонического подхода при изучении инженерно-геологических условий таких месторождений по результатам разведет позволяет повысить достоверность их прогноза и

качество проектирования. Это в конечном счете будет способствовать снижении негативного влияния неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений на условия эксплуатации.

Основные выводы, к которым пришел автор, следующие:

1. Установлены закономерности формирования инженерно-геологических массивов пород сульфидных месторождений горно-складчатых областей: а) определяющим фактором инженерно-геологических условий является разрывная тектоника, обуславливающая блочное строение массива; б) установлена зависимость формирования инженерно-геологических условий от состояния, строения и свойств пород с учетом региональных и локальных природных и техногенных факторов; в) установлены принципы специального крупномасштабного инженерно-геологического картирования, основанные на среднем размере блока.

2. Разработана и апробирована специальная методика крупномасштабного специального инженерно-геологического картирования массивов пород месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей, в которой определяющее влияние на сложность условий оказывают зоны и поверкности ослабления различного генезиса, предложена инженерно-геологическая типизация зон и поверхностей ослабления, где сложность условий определяется генетическим типом зон и поверхностей ослабления, их ориентировкой относительно вырабатываемого пространства, с учетом техногенного влияния.

3. Разработана методика инженерно-геологического изучения, оценки состояния и свойств пород зон ослабления как в пределах зон техногенного влияния подземных горных выработок, карьеров, скважин, так и вне его; предлагается комплексное использование полевых и лабораторных методов для оценки, изучения природных и техногенных факторов как в пределах зон ослабления, так и вне их; к таким полавш и лабораторнш методам относятся: телефотокаро-таж, акустические методы, специальные геомеханические и петрографические методы, крупномасштабное инженерно-геологическое картирование, растровая электронная микроскопия, дифрактометрия, вещественное лабораторное моделирование.

4. Разработана методика лабораторного вещественного моделирования процесса техногенного выветривания на месторождениях сульфидных руд различных горно-складчатых областей; количественно оценено влияние на процесс природных и техногенных факторов:

а) интенсивности природной трещиноватости; б) интенсивности ис-

кусственной трещиноватости; в) величины перераспределенного на-пряженно-дефорлированного состояния; г) химического состава и 1шслотности вод; д) минерального состава, структуры и текстуры горных пород; е) режима взаимодействия пород с растворами; з) режима нагружения с учетом ориентировки трещин относительно нагрузки; ж) наличием микроорганизмов; и) формой и размерами образцов пород.

5. Установлен механизм процесса техногенного выветривания, основанный на результатах сравнительного анализа прочностных свойств изверженных, осадочных и метаморфических пород до и после взаимодействия с растворами разного состава и кислотности.

6. Разработана оригинальная методика лабораторного эксперимента, предусмзтриваицая исследование природных образцов пород как в естественном состоянии, так и с предварительным созданием искусственной трещиноватости различной интенсивности; методика позволяет моделировать каждую из техногенных зон в отдельности, возникающих вокруг горных выработок после их проходки, а также величину перераспределенного напряженно-деформированного состояния массива пород в пределах этих зон, используя взаимодействие растворов с породой непосредственно под нагрузкой.

7. Разработана методика изучения, оценки и прогноза инженерно-геологических условий месторождений сульфидных руд горнс-склздчатых областей, включающая количественную оценку природных

и техногенных факторов; практическое использование автором эмпирио-анэлитических методов прогноза, их проверкз по результатам эксплуатации, показало необходимость совершенствования методики количественной оценки этих показателей, особенно в выявлении техногенного влияния на них. К таким показателям относятся: а) мощность и степень дробления пород в зонах тектонических нарушений;,б)ве-личина напряженно-деформированного состояния пород в различных структурных элементах рззрывной и пликативной тектоники, в том числе в пределах техногенных зон; в) изменение величины показателя прочности под влиянием техногенных процессов; г) показатели интенсивности трещиноватости мзссива пород.

8. Результаты исследований автора использованы на стадии разведки при подсчете запасов месторождений как самостоятельные работы по прогнозу инженерно-геологических условий эксплуатации этих месторождений: Приорское, Весеннее, 50-лет Октября (Оренбургское ТГУ); Калесзй, Куттесай, (до проектных контуров, Киргизское ГУ, Сутарское (Дальневосточное 1У); глубокие горизонты Зырянов-

ского месторождения, Греховское, Снегиревское, Александровско-Долинное, Платовское, Малеевское, Родниковское, Иртышское (Восточно-Казахстанское ПГО); Горевское, Татарское (Красноярское ДГС Уконикское (ПГО Читагеология); по одному из них- (Зыряновское) пс результатам вскрытия проведена проверка прогноза, показавшая вполне удовлетворительные результаты.

9. Исследования автора на эксплуатируемых месторождениях использованы проектными отделами горно-обогатительных комбинато! для корректировки и детализации проектных показателей, такое внедрение имеет место во всех регионах, где проводились инженерно-геологические исследования (Южный Урал, Малый Хинган, Рудный Алтай, Заилийский Ала-Тоо, Могочинский антиклинорий).

На основе научного обобщения автором решена в методическом плане, экспериментально исследована и доведена до практического использования проблема специального прогнозирования инженерно-геологических условий эксплуатации месторождений сульфидных руд горно-складчатых областей. В основу решения указанной проблемы положен анализ тектонических структур и техногенных изменений, определяющих состояние и свойства пород.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Исследования ВСЕГИНГЕО по вопросам методики прогнозной оценки инженерно-геологических условий рудных карьеров//Изучение устойчивости откосов на карьерах: Материалы Всесоюз. совещ. -Белгород, 1971. (Соавтор Г.Г.Скворцов).

2. Влияние зон и поверхностей ослабления на прогнозную инженерно-геологическую оценку отработки рудных месторождений (по данным разведки)//0бмен опытом прогнозированияииж.-геол.усл.мест пол. иск. -М.:Недра, 1973.

3. Опыт инженерно-геологического изучения ряда разведуемых рудных месторождений Южного Урала//Гидрогеол. и инж.-геол. работ при разведке и освоении МГЩ/ВСЕГИНГЕО. -М., 1974. (Соавтор Г.Г. Скворцов).

4. Влияние трещиноватости и петрографических особенностей н физико-механические свойства пород месторождения Сутарское//Вли-яние геологических факторов на свойства и состояние массивов ска льных пород: Материалы симпозиума. - Аппатиты.Изд-во КФ АН СССР. - 1974. (Соавтор Б.М.Гамалей).

5. Опыт применения метода аналогии для инженерно-геологичес кой оценки ослабленных зон в массиве при разведке рудных место-

рождений //Проблемы теории прогноза инж.-гсол. условий ШШ: Материалы Всесоюз. совещ. - Белгород: Изд-во ВИОГЕМ. - 1975.

6. Инженерно-геологические исследования зон и поверхностей ослабления в сквакннных массивах на примере железорудного месторождения Дальнего Востокэ//Прогнозирование инж.-геол. условий эксплуат. месторождений в сложных природных условиях: Сб. науч. тр.//ВСЕГИНГЕО. -М., 1975. - Вып. 91. (Соавтор Б.М.Гамалей).

7. Некоторые вопросы изучения зон и поверхностей ослабления скважинных массивов рудных месторождений для целей прогноза инженерно-геологических условий//Инж. геология в связи с рациональным использованием среды: Материалы 2-й Всесоюз. конф./Тр. Л1У.~ Л., 1976. (Соавторы Б.М.Гамалей, А.В.Трушин).

8. Изучение зон ослабления в массивах скальных пород в целях прогнозной инженерно-геологической оценки условий отработки рудных месторождений (по данным разведки)//Важнейшие итоги исследований в области гидрогеол. и инж. геологии: Сб. науч. тр. вып. 83/ВСЕ1ЖГЕ0.-М., 1975.

9. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке. - М.: Недра, 1977. (Соавторы Е.М.Гамалей, Г.Г.Скворцов, Д.А.Ярг и др.).

10. Некоторые вопросы методики прогнозной оценки инженерно-геологических условий подземной разработки месторождений полезных ископаемых//Инженерно-геологическое обоснование условий разработки мест. полезн. ископ.: Материалы Всесоюз. совещ. -М.: Изд-во НИИТЭХИМ. 1977. (Соавтор Б.М.Гамалей).

11. Роль физико-механических свойств скальных пород при прогнозе их устойчивости в горных выработках (на примере месторождений Рудного Алтая)//Тр. ИФ и МШ АН Киргизской ССР. - Фрунзе: ИШ, 1977. (Соавтор Б.М.Гамалей).

12. Исследование сопротивляемости пород разрушению на образцах керна разведочных скважин//Тр. ИГД им. А.А.Скочинского. -М:, 1977. (Соавтор Б.М.Гамалей).

13. Изучение основных природных факторов при прогнозировании инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых//Тр. ИГТМ. - Днепропетровск, 1977. (Соавтор Б.М. Гамалей).

14. Влияние петрографических особенностей и трещиноватости на прочностные свойства скальных и полускальных пород//Тр. Ин-та геологии Таджикистана. - Душанбе: Дониш. - 1988. (Соавтор А.Б. Марков).

-3215. Изучение основных природных факторов при прогнозировании инженерно-геологических условий эксплуатации рудных месторож-дений//Тр.ДонбассНИЛ. - Ростов-на-Дону, 1979. (Соавтор Б.М.Гамалей) .

16. Изменчивость прочностных свойств скальных пород некоторых полиметаллических месторождений Рудного Алтая//Тр. ИФ и МГП АН Киргизской ССР. - Фрунзе, 1980. (Соавтор А.В.Трушин).

17. Влияние структурно-тектонических условий и метаморфизма на устойчивость подземных горных выработок ряда месторождений Рудного Алтэя//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1981. - .4 9. (Соавтор В.И.Истомин).

18. Изучение влияния петрографических особенностей на прочность пород при рззрыве//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1982.

- а 4.

19. Опыт инженерно-геологической оценки раздробленности ру-довмещаицих пород (на примере месторождений Рудного Алтая)//Гид-рогеол. и инж. геол. - М., 1982. - СЭИ БИЭ'ЛС - Вып. 5. (Соавтор В.Н.Криканов).

20. К методике составления паспортов свойств пород меднокол-чеданных месторождений Южного Урала//Инж. геол. месторожд. Южногс Урала: Материалы совещ. /Тр. СГИ. - Свердловск, 1983. (Соавтор М.С.Тимонина).

21. Прогнозирование инженерно-геологических явлений в связи с их приуроченностью к различным типам зон ослабления//Тр. МОИП.

- M.f 1984. - Т. 59. - Вып. 2.

22. Влияние гидрогеохшической обстановки на прочностные свойства горных пород некоторых месторождений Зырдаовского Рудного узла//Гидрогеол. и инж. геол. - М., 1983. - ВСЕШНГЕО и СЭИ ВИЭМС. (Соавторы В.Ц.Пантелеев, Г.А.Волков, В.З.Рубейкин).

23i Оценка устойчивости пород рудной зоны в подземных горных выработках//Изучение прогноза гидрогеол. и инж. геол. условий МПИ: Сб. науч. тр./ВСЕГЙНГЕО. -М., 1983. -й 150.

24. Использование акустических методов исследований для оценки свойств массива горных пород вблизи подземных горных вы-рзботок//Тр. ВИОГЕМ. - Белгород, 1985. 6. (Соавтор В.Н.Криканов) .

25. Результаты определения напряженного состояния пород по образцам и в массиве//Инж.геол./Тр. МОИП. -М., 1986 (Соавтор В.Н.Криканов).

-зз-

26. Методические эспокты и результаты проверки прогноза по данным эксплуатации глубоких горизонтов Зыряновского месторожде-ния//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1986. - № 10.

27. Использование акустических методов исследования для оценки состояния и свойств скальных пород в массиве и образцо// Инж. геофизика: Материалы Всесоюз. совещ./Тр. ин-та Гидропроект. -М., 1985. (Соавтор В.Н.Криканов).

28. Устройство для испытаний горных пород при трехосном сжатии/Авт. свидетельство на изобретение. - 3879726/22-03. Опубл. 1985. Бюл. 15 7. (Соавторы В.Н.Криканов, Ю.П.Давыдов, С .П.Копылов).

29. Влияние химического состава и кислотности вод на прочностные свойства горных пород//Исслед. влияния горн, разработок на подз. воды и горн, породы: Сб. науч. тр./ВСЕГИНГЕО. - М., 1985. (Соавтор Г.А.Волков).

30. Результаты лабораторного моделирования процесса техногенного выветривания на полиметаллических месторождениях//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1987. - \Ь 9. (Соавторы Г.А .Волков, А.В.Павлов).

31. Методическое руководство по изучению гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых. -М., Недрз, 1986. (Соавторы Л.А.Ярг, А.К.Вайтаку-нас, А.А.Дончук и др.).

32. К вопросу развития техногенного выветривания на сульфидных месторождениях по результатам экспериментальных исследований //Кинетика и динамика геохимических процессов: Материалы симпо-зиума/Тр. ин-та экспериментальной минералогии АН СССР. - Черноголовка, 1988. (Соавторы Г.А.Волков, В.А.Щека).

33. Техногенные явления на сульфидных месторождениях//Гидро-геол. и инж. геология: Материалы П Всесоюз. съезда. - Киев, 1988. (Соавтор Г.А.Волков).

34. Методические рекомендации по изучению и прогнозу инженерно-геологических и гидрогеоологических условий при разведке месторождений Юго-Западного Алтая//Тр. ВСЕГИНГЕО. - 1989. (Соавторы Л.А.Ярг, А.К.Вайтекунас и др.).

35. Комплексное использование ТФК, АК и кавернометрия для оценки нарушенности массива при инженерно-геологических исследо-ваниях//Геофпзические методы: Материалы техн. сов. науч. Совета АН СССР по гидрогеол. и инж. геологии. - ВСЕГИНГЕО. - 1989. (Соавтор В.Н.Криканов).

36. Результаты изучения трещиновэтости пород рудных месторождений по данным телефотокаротажа скважин//Изв. вузов. Геолог! и разведка. - 1991. - И 12. (Соавтор В.Н.Криканов).

37. Техногенное выветривание на рудных месторождениях//Гео-экол. исслед. и охрана недр. Обзор. -М.: А/о Геоинфорлмарк, 1993 (Соавторы Кочетков М.В., Ярг Л.А.).

38. Изменение прочности пород при взаимодействии с раствор' ми непосредственно под нагрузкой с предварительным нагружением i без него//Изв.вузов. Геология и разведка. - 1996. -Ji 3.

39. Техногенное влияние на инженерно-геологические показате ли, используемые при прогнозе условий отработки рудных месторож-дений//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1993. - Ji 3.

40. Влияние техногенного выветривания рудных месторождений на изменение экологических условий//Гидрогеол. и геоэкология: Материалы Междунар. симпозиума. - Санкт-Петербург, 1993 (Соавторы Л.А.Ярг, М.В.Кочетков).

41. Техногенное выветривание на рудных месторождениях и егс влияние на геоэкологические условия разработки//Изв.вузов. Геология и разведка. - 1993. - JS 4..

42. Биогенез агрессивности шахтных вод сульфидных месторождений и некоторые его геохимические и горнотехнические последст-вия//Тезисы и доклад на Междунар. совещ.

Испания. 1985. 1986. (Соавторы В.М.Пантелеев, Г.А.Волков).

Заказ '5 I. Подписано в печать 14.И.98, ____________Тиоая_100__________

...... воде" ~