Изученность гидрогеологических и инженерно-геологических условий Назаровского месторождения

При разработке карьера будут выделяться два этапа:

1) период разработки толщи мерзлых пород;

2) период разработки обводненных пород ниже подошвы многолетней мерзлоты.

В соответствии с этими этапами, ниже произведен предварительный расчет возможных водопритоков в карьеры.

Юго-Западный карьер

Расчет притоков воды в карьер за счет порово-пластовых вод деятельного слоя проведен по материалам прошлых лет на месторождении «Озерное».

Коэффициенты фильтрации (К) расчитаны по данным откачек из шурфов. Полученные значения К в среднем 1,5 м/сут.

Расчет притоков воды в карьер проведен по формулам большого колодца. Радиус колодца расчитывается из площади будущего карьера - 231 000 м²:

Радиус влияния карьера расчитывается по формуле Кусакина для безнапорных горизонтов:

S - снижение уровня воды, (2,5м);

R - радиус большого колодца, (271м);

Н - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

Расчет притока по формуле:

где

K - коэффициент фильтрации, (1,5м/сут);

m - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

S - максимальное понижение, (2,5м);

R - радиус большого колодца, (271м);

r₀ - радиус влияния карьера, (281м);

Расчет притока по формуле:

где

K - коэффициент фильтрации, (1,5м/сут);

Н - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

h - высота столба воды при сработке уровня, (0м);

R - радиус большого колодца, (271м);

r₀ - радиус влияния карьера, (281м);

Среднее значение притока в карьер за счет вод деятельного слоя составит:

Притоки в карьер за счет оттаивания мерзлых руд и пород

В период проходки по мнолетнемерзлым породам, руда будет скорее всего извлекаться сразу в мерзлом состоянии, поэтому запасы воды в виде ледянных включений не будут сильно влиять на подтопление карьера.

Притоки возможны за счет оттаивания мерзлых пород в бортах карьера. Предполагается, что в плотных породах развитых на Назаровском месторождении протаивание бортов карьера будет от 2 до 4м в зависимости от экспозиции, в среднем составит 3м.

Мощность мерзлоты 50м. Время углубки карьера до глубины 50м составит 1,5года. Периметр карьера в средней части (на 25-ти метровой глубине) будет составлять 1800м.

Количество воды в объеме пород (по величине средней объемной льдистости, месторождение Озерное) - 10% - 0,1.

Весь приток воды за счет оттаивания мерзлых пород придется на период с положительними дневными температурами воздуха (с апреля по октябрь) равного 214 суток в году.

Приток за теплый период составит

Суммарный годовой приток не изменяется, происходит перераспределение водопритока по сезонам года.

Суммарный приток в период разработки мерзлых пород:

Расчет притоков воды в карьер за счет подмерзлотных трещинных вод расчитывается для статических и динамических запасов.

Объем статических запасов определяется для площади 127600м² (на 50-ти метровой глубине). С учетом воронки осушения площадь должна быть принята больше в 1,5 раза. Мощность обводненных пород 84 метра.

Объем пород подлежащих осушению:

.

По величине водоотдачи метаморфических и эффузивных пород 0,12 (по данным предшественников по участку «Магнетитовый»).

Срок разработки обводненной части месторождения - 3года.

Объем статических запасов:

Динамические запасы также определяются для площади 127600м².

Водоприток возможно расчитать для напорно-безнапорного режима фильтрации, который может наступить при удалении толщи многолетнемерзлых пород.

При этом радиус большого колодца расчитаем по формуле:

Радиус влияния карьера:

где

S - величина необходимого снижения - 104,4м, при напоре равном 20,4м.

Km - водопроводимость - 20,6м²/сут

По формуле водоприток может иметь значение:

Для напорного режима фильтрафии радиус влияния карьера расчитывается по формуле Захарда.

По формуле водоприток будет равен:

Учитывая статические запасы получаем возможные притоки в карьер за счет подмерзлотных трещинных вод:

1)

2)

Для расчета суммарного водопритока за счет статических и динамических запасов применима формула Института горной механики.

где

Q - приток воды, м³/сут;

Н - мощность водоносного слоя, м;

л - коэффициент для напорных вод, равный 0,5;

м - коэффициент водоотдачи, равный 0,12;

R₀ - радиус воронки осушения, считая отцентра участка

R₀=R+r₀, где

R - радиус влияния, 886м;

r₀=0,5(a+b), где a и b - полуоси траншеи карьера

r₀=0,5(350+165)=257,5м

t - время осушения карьера, t=3*365=1095сут;

i - уклон потока после образования воронки депрессии, равный

, где S - понижение, 104,4м;

R - радиус влияния, 886м;

i=0,12

На практике расчеты по этой формуле дают завышенные расходы. В связи с вышеизложенным, суммарный приток в карьер за счет подмерзлотных вод принимается Q_Б=455,6м³/час.

Притоки в карьер за счет атмосферных осадков

Площадь карьера - 231 000м². Среднегодовая сумма осадков - 0,276м.

Объем годовых атмосферных осадков за вычетом испарения (30% от осадков). Q_ос=231 000*0,276*0,7=44 629м³/год=122,3м³/сут=5,1м³/час.

По сезонам года возможны изменения водопритока за счет атмосферных осадков. По статистике около 70% годовых осадков выпадают в виде дождей в июле-авгусле-сентябре.

Приток воды за счет годовых осадков -44 629м³.

70% от суммы осадков составит 31 240м³.

31 240м³/90сут=347,1м³/сут.

Приток в теплый период года может составить 14,5м³/час.

Суммарный годовой приток за счет атмосферных осадков не меняется, произойдет перераспределение водопритока по сезонам года.

Возможная максимальная величина водопритоков в Юго-Западный карьер в период эксплуатации:

УQ=Q_А+Q_Б+Q_ос=54,7+455,6+5,1=515,4м³/сут.

Северо-Восточный карьер

Притоки в карьер за счет порово-пластовых вод деятельного слоя.

Коэффициенты фильтрации расчитывались по данным откачек из шурфов (месторождение «Озерное»). Среднее значение коэффициента фильтрации (К) - 1,5м/сут.

Расчет притоков воды в карьер произведен по формулам большого колодца. Радиус большого колодца расчитывается из площади проектируемого карьера - 202 500м²:

Радиус влияния карьера рассчитывается по формуле Кусакина для безнапорных горизонтов:

S - снижение уровня воды, (2,5м);

R - радиус большого колодца, (254м);

K - коэффициент фильтрации, (1,5м/сут);

Н - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

Расчет притока по формуле:

 где

K - коэффициент фильтрации, (1,5м/сут);

m - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

S - максимальное понижение, (2,5м);

R - радиус большого колодца, (254м);

r - радиус влияния карьера, (264м);

Расчет притока по формуле:

где

K - коэффициент фильтрации, (1,5м/сут);

Н - мощность водоносного горизонта, (2,5м);

h - высота столба воды при сработке уровня, (0м);

R - радиус большого колодца, (254м);

r - радиус влияния карьера, (264м);

Среднее значение притока в карьер за счет вод деятельного слоя составит:

Притоки в карьер за счет оттаивания мерзлых руд и пород

В период проходки по мнолетнемерзлым породам, руда будет, скорее всего, извлекаться сразу в мерзлом состоянии, поэтому запасы воды в виде ледянных включений не будут сильно влиять на подтопление карьера.

Притоки возможны за счет оттаивания мерзлых пород в бортах карьера. Предполагается, что в плотных породах развитых на Назаровском месторождении протаивание бортов карьера будет от 2 до 4м в зависимости от экспозиции, в среднем составит 3м.

Мощность мерзлой толщи в пределах месторождения 60м. Время углубки карьера до глубины 60м возможно составит 3,5года. Периметр карьера в средней части (на 30-ти метровой глубине) будет составлять 1800м.

Количество воды в объеме пород (по величине средней объемной льдистости, месторождение Озерное) - 10% - 0,1.

Весь приток воды за счет оттаивания мерзлых пород придется на период с положительными дневными температурами воздуха (с апреля по октябрь) равно 214суток.

Приток в теплый период составит

Годовой приток не изменится, произойдет перераспределение водопритока по сезонам года.

Суммарный приток в период вскрышных работ иразработки мерзлых пород:

Расчет притоков воды в карьер за счет подмерзлотных трещинных вод расчитывается для статических и динамических запасов

Объем статических запасов определяется для площади 97 000м² (на 60ти метровой глубине). С учетом воронки осушения площадь должна быть принята больше в 1,5 раза. Мощность обводненных пород 38 метров.

Объем пород подлежащих осушению:

.

По величине водоотдачи метаморфических и эффузивных пород 0,12.

Срок разработки обводненной части месторождения -5,5 лет.

Объем статических запасов:

Динамические запасы также определяются для площади 97 000м².

Водоприток возможно расчитать для напорно-безнапорного режима фильтрации, который может наступить при удалении толщи многолетнемерзлых пород.

При этом радиус большого колодца:

Радиус влияния карьера:

где

S - величина необходимого снижения - 92,9м, при напоре равном 54,9м.

Km - водопроводимость -0,65м²/сут

По формуле водоприток может иметь значение:

Для напорного режима фильтрафии радиус влияния карьера расчитывается по формуле Захарда.



По формуле

водоприток будет равен:

Учитывая статические запасы получаем возможные притоки в карьер за счет подмерзлотных трещинных вод:

1)

2)

Для расчета суммарного водопритока за счет статических и динамических запасов применима формула Института горной механики.

где

Q - приток воды, м³/сут;

Н - мощность водоносного слоя, м;

л - коэффициент для напорных вод, равный 0,5;

м - коэффициент водоотдачи, равный 0,12;

R₀ - радиус воронки осушения, считая от центра участка;

R₀=R+r₀, где

R - радиус влияния, 297м;

r₀=0,5(a+b),

где a и b - полуоси траншеи карьера

r₀=0,5(375+135)=255,0 м

t - время осушения карьера, t=5,5*365;

k - коэффициент фильтрации, 0,017м/сут;

i - уклон потока после образования воронки депрессии, равный , где S - понижение, 92,9м; R - радиус влияния, 297м;

i=0,31

Суммарный приток в карьер за счет подмерзлотных вод принимается Q_Б=44,8 м³/час.

Притоки в карьер за счет атмосферных осадков

Площадь карьера - 202 500м². Среднегодовая сумма осадков - 0,276м.

Объем годовых атмосферных осадков за вычетом испарения (30% от осадков). Q_ос=202 500*0,276*0,7=39 123м³/год=107,2м³/сут=4,5м³/час.

По сезонам года возможны изменения водопритока за счет атмосферных осадков. По статистике около 70% годовых осадков выпадают в виде дождей в июле-авгусле-сентябре.

Приток воды за счет годовых осадков -39 123м³.

70% от суммы осадков составит 27 386м³.

27 386м³/90сут=304м³/сут.

Приток в теплый период года может составить 12,7м³/час.

Суммарный годовой приток за счет атмосферных осадков не меняется, произойдет перераспределение водопритока по сезонам года.

Возможная максимальная величина водопритоков в Северо-Восточный карьер в период эксплуатации:

УQ=Q_А+Q_Б+Q_ос=48,2+44,8+4,5=97,5 м³/сут.

Рекомендации по борьбе с притоками воды в карьер:

1. Для минимизации или даже ликвидации притоков надмерзлотных вод деятельного слоя необходима проходка дренажных канав с внешней стороны по периметру карьера, по которым будет проходить сток воды за пределы карьерного поля. Эти же канавы будут ограждать карьер от стока ливневых и талых вод с более высоких отметок.

2. При эксплуатации карьера на глубинах ниже естественных понижений, необходимо сооружение ряда водосборных бассейнов, из которых периодически должна осуществляться откачка воды насосами и сброс ее за пределы карьерного поля.

3. Для борьбы с притоками из трещинных подмерзлотных коллекторов возможно сооружение водопонизительной сети дренажных скважин за пределами карьера.

2.8.5 Инженерно-геологическая характеристика месторождения

По данным бурения гидрогеологических скважин эллювиально-делювиальные рыхлые отложения залегают до глубины 2,5 - 2,7м. Породы представлены дресвяно-щебенистыми отложениями с песчано-глинистым заполнителем. Обломочный материал представлен в основном перекристаллизованными извесняками и реже долеритовыми порфиритами.

Далее геологический разрез представлен скарнированными перекристаллизованными извесняками. До глубины 8 - 12м. породы сильнотрещиноватые. Трещины как открытые, так и закрытые - заполнены кальцитом. Ширина трещин до 0,5 см., в основном 2-3мм. Имеются участки мощностью до 0,7 - 0,9м где целостность пород сильно нарушена трещиноватостью. На таких участках породы разрушены до обломков 3-5см в поперечнике.

Далее до глубины 22-26м наблюдаются трещиноватые породы. Ширина трещин до 3мм, в основном 1-2мм. В равной мере наблюдаются закрытые и открытые трещины.

Далее в резрезе обеих скважин наблюдаются слаботрещиноватые породы. Трещины тонкие 1-2мм, часто волосовидные. Трещины в основном закрытые (залеченные кальцитом).

В разрезе скважины НГ-01 выделяются две трещиноватые зоны:

Интервал 55 - 69м и 128 - 135м, с которыми связана обводненность пород.

Они являются коллекторами подмерзлотных трещинных вод.

В скважине НГ-02 аналогичкая трещинная обводненная зона вскрывается в интервале глубин 60 - 98м.

Трещиноватость в этих зонах в основном тонкая до 1-2мм, открытая.

В скважине НГ-02 в интервале 75-98м породы (извесняки перекристаллизованные и долеритовые порфириты) разрушены до размеров щебня.

В скважине НГ-01 в интервале 128-135м также породы разрушены (керн представлен крупными обломками).

По скважине НГ-02 ниже 98м породы (метасамотиты, андезитовые порфириты) очень слаботрещиноватые, почти монолитные. Отмечены не частые закрытые волосовидные, реже тонкие (до 1,5мм) трещины.

Такую же картину можно наблюдать по разрезу скважины НГ-01 ниже 135м.

В целом породы в разрезе обеих скважин характеризуются как прочные. Коэффициент крепости для большинства пород разреза от 5 до 12. Предел прочности на одноосное сжатие 51,4-115,9 Мпа, на растяжение 8,1-11,7 Мпа.

В разрезе выделяются редкие интервалы очень прочных пород (извесняки, долеритовые порфириты), с коэффициентом крепости 13-18. Предел крепости на сжатие 129,9-178,7Мпа, на растяжение 8,1-8,5Мпа.

Даже в верхней части разреза на глубинах до 8-12м сильнотрещиноватые породы сохраняют свое состояние на уровне прочных и даже очень прочных. Коэффициент крепости 7-13. Предел прочности на сжатие 72,6-128,25Мпа, на растяжение 9,1-9,9Мпа.

В средней части разреза скважина НГ-01 отмечены породы средней прочности, представленные долеритовыми порфиритами. Прочностные характеристики здесь заметно ниже. Коэффициенты прочности 2-4. Предел прочности на сжатие от 20,4 до 40,0 Мпа, на растяжение 2,5-4,4 Мпа.

Удельный вес представленных в разрезе пород варьирует в небольших пределах от 2,7 до 3,0 г/см³.

В зонах тектонических нарушений могут быть выявлены иные инженерно-геологические условия: повышенная трещиноватость пород, пониженная прочность пород, отсутствие многолетней мерзлоты. Это в свою очередь может изменить и гидрогеологические условия - увеличение притоков подземных вод.

Более подробно результаты лабораторных исследований физических и прочностных свойств пород месторождения представлены в отчете НП ООО «Центр геолого-экологических исследований», который прилагается к основному отчету в виде отдельной книги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На территории Назаровского месторождения комплексом гидрогеологических, геофизических и инженерно-геологических работ в разрезе выявлены и изучены трещинные водоносные зоны. В юго-западной части месторождения водоносная зона довольно водообильна, это несколько затруднит добычу полезных ископаемых. В северно-восточной части месторождения водоносные трещинные зоны характеризуются слабой водообильностью, что явится положительным моментом при производстве горных работ.

При производстве горных работ водопонижение в карьерах не окажет серьезных воздействий на окружающую среду. Породы в разрезе месторождения прочные, не сжимаемые. Нет оснований ожидать подвижек, оседаний, провалов. Перекристаллизованные извесняки, которые преобладают в разрезе не склонны к карстообразованию.

Сооружение карьеров может привести к некоторым негативным последствиям. На прилегающей к карьерам площади произойдет деградация многолетней мерзлоты, что повлечет уменьшение устойчивости трещиноватых, выветрелых пород в верхней части разреза. Особенно это коснется наиболее трещиноватого интервала от 2,7 до 8-12м, в меньшей степени интервала от 8-12 до 22-26м. Стенки карьеров до глубины 22-26м будут не устойчивы. Строительство карьера следует проводить с учетом углов естественного откоса не связных грунтов.

Стенки карьеров также будут не устойчивы в интервалах водоносных трещинных зон.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочное руководство гидрогеолога. Недра, 1979 г.

2. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. Б.В.Боревский, В.Г. Самсонов, В.С. Язвин. М.Недра, 1973 г.

3. Клементов П.П., Кононов В.И. Динамика подземных вод. М. Высшая школа, 1973 г.

4. Клементов П.П., Овчинников А.М. Гидрогеология месторождений полезных ископаемых. Недра, 1966 г.

5. Б.В. Боревский, И.И. Плотников, В.Д. Бабушкин. Прогноз водопритоков в горные выработкаи и водозаборы подземных вод в трещиноватых и закарстованных породах. М.Недра, 1972 г.

Размещено на Allbest.ru