Толщи, разрабатываемые для добычи включают в себя граниты, которые представлены простым геологическим строением с крупными по размеру геологическими телами с ненарушенным и слабонарушенным залеганием. Согласно этим характеристикам месторождение можно отнести к 1-ой группе.

Сама г.Койтас представляет собой шток - интрузивное тело неправильной формы, как показано на рисунке 3 [1]. Тело имеет изометричную форму - в поперечнике достигает 4,5 км. В северной части интрузии прослеживается линейная вертикальная первичная текстура течения, у восточной границы тела - линейная наклонная с углом падения 85° и восточно-северо-восточным направлением; у южного края выхода штока выявлена также линейная наклонная текстура с углом 80° и южным направлением падения.

Рисунок 3 Схема строения гранитного штока

1 - шток; 2 - вмещающие породы; 3 - зона экзоконтакта; 4 - зона эндоконтакта; 5 - «провесы» кровли.

По категории сложности инженерно-геологических условий участок можно отнести к III (cложной) категории.

2.2 Вещественный состав и технологические свойства

Месторождение целиком представлено лейкократовыми крупнозернистыми гранитами. Лейкократовыми называют породы, состоящие в основном из светлоокрашенных или бесцветных минералов (кварц, полевые шпаты и т.п.).

По предварительной оценке в составе гранитов содержится: полевые шпаты - 60-65% (ортоклаз и плагиоклаз, причем первый преобладает), кварц - 25-30% и темноцветные минералы - 5-8% (главным образом биотит, значительно реже роговая обманка). Химический состав - SiO₂ 68-72%, Al₂O₃ 15-18%, Na₂O 3-6%, Fe₃O₄ 1-5%, CaO 1,5-4%, MgO до 1,5% и др.

Рисунок 4 Гранит лейкократовый

Значительным отличием данной горной породы является её твёрдость. В свежем (невыветренном) виде граниты весьма крепкие породы: временное сопротивление сжатию 1200-1800 кг/см², редко снижающееся до 1000 и иногда повышающееся до 3000 кг/см².

Гранит используют в основном как строительный и облицовочный материал. Из гранита изготавливают блоки, плиты, карнизы, бордюры, детали различных машин и агрегатов для целлюлозно-бумажной, пищевой (крахмально-паточной), станкостроительной, металлургической и фарфоро-фаянсовой промышленности [12]. Так как гранит, в отличие от металла, не поддаётся воздействию кислот и солей, не боится влаги.

Из него изготовляют жернова и вальцы для мельниц. Гранитные плитки - материал для изготовления оснований точных приборов. Гранитный щебень важный материал для изготовления железобетонных изделий и конструкций, гранитные блоки - для декоративного оформления зданий. Из гранита делают памятники, столешницы, лестницы, брусчатку. Важно заметить, что некоторые лейкократовые граниты перспективны как стекольное и керамическое сырье.

Признаки хорошего качества гранита: свежий облик полевого шпата, высокое содержание кварца и низкое - слюды, отсутствие пирита.

Но все же качество материала будет изучено по результатам некоторых лабораторных и полевых испытаний.

Согласно СП 11-105-97 для скальных грунтов при инженерно-геологических изысканиях применимы следующие исследования:

- пористость и трещиноватость;

- статический модуль упругости;

- модуль деформации;

- временное сопротивление одноосному сжатию;

- коэффициент отпора;

- напряженное состояние.

Все эти исследования проводятся с помощью различных видов каротажа, сейсмоакустического просвечивания, лабораторных измерений удельных электрических сопротивлений и скоростей упругих волн.

2.3 Инженерно-геологические (горно-технические) особенности разработки месторождения

Решение вопроса о выборе и экономической целесообразности способа разработки данного разведуемого месторождения возможно лишь на основе анализа его конкретных природных и горно-технических условий, т.е. при составлении технико-экономического обоснования (ТЭО). Целесообразность применения открытого, подземного или комбинированного способа разработки определяется глубиной залегания полезного ископаемого, мощностью, протяженностью и шириной залежи, коэффициентами вскрыши.

Это месторождение расположено в центральной северной части территории. Стратиграфически полезная толща представляет собой шток, приуроченный к отложениям среднедевонской системы.

Горно-технические условия полезной толщи определяются изометрической формой залежей полезного ископаемого. Уровень грунтовых вод нестабилен в течение года и не влияет на технологию разработки месторождений.

Полезное ископаемое представляет собой гранит. Площадь, принимаемая к подсчету запасов составляет 12 км², мощность принимается равной 61 м.

Планируемый объем для разработки составляет 115, 3 млн. м³.

Общие запасы составляют примерно 732 млн.м³ и относятся к категории Р₃ (учитывают лишь потенциальную возможность открытия месторождений того или иного вида полезного ископаемого на основании благоприятных магматических, стратиграфических, литологических, тектонических и палеогеографических предпосылок, выявленных в оцениваемом районе при средне- и мелкомасштабном региональном геологическом изучении недр, дешифрировании космических снимков, а также при анализе результатов геофизических и геохимических исследований. Количественная оценка ресурсов этой категории производится без привязки к конкретным объектам по предположительным параметрам на основе аналогии с более изученными районами, площадями, бассейнами, где имеются разведанные месторождения того же генетического типа).

Типизация месторождений твердых полезных ископаемых по сложности инженерно-геологических условий их разработки приведена в приложении Г.

Данное месторождение можно отнести к типу 3в.

Таблица 10

Характеристика месторождения

Рекомендуемый способ разработки - карьер. Геометрические параметры карьера могут быть разными (прямолинейной, вогнутой, выгнутой, комбинированной). Наиболее благоприятные условия устойчивости имеют борта карьеров вогнутой в плане формы. Основные параметры, влияющие на устойчивость уступов (откосов) - их высота и угол наклона. В нашем случае построение контуров карьера выполнено с учетом морфологии, рельефа месторождения, мощности вскрышных пород и полезной толщи.

В данном случае, рекомендательно разрабатывать серию карьеров, т.к. месторождение достаточно крупное.

В зависимости от положения относительно господствующего уровня поверхности и глубины залегания месторождение будет высотного типа. По углу падения залежь будет считать крутой, т.к.угол падения от 80° до 85° [13].

При разработке наклонных залежей по условиям устойчивости конечных бортов карьера и размещения вскрывающих выработок обычно не требуется выемка вскрышных пород лежачего бока залежи. При крутом падении необходимо производить разработку вмещающих пород как висячего, так и лежачего боков залежи [13].

Рисунок 5 Схемы открытой разработки залежей: 1 - выработанное пространство; 2, 3 - соответственно внутренние и внешние отвалы; 4 и 5 - соответственно рабочий и нерабочий борт; 6 - конечный контур карьера; 7 - бермы; I - IV - последовательность развития работ на уступах

Срок службы карьера определяется по формуле Тейлора [14]:

Где Q_зр = V_pг_p - общие запасы полезного ископаемого, т;

г_p - объёмный вес полезного ископаемого, т/м³.

Согласно этой формуле, срок службы карьера составляет 43 года.

При открытой разработке массивы горных пород разгружаются от давления вышележащих пород, в результате чего изменяются их естественное напряженное состояние и формируется зона разуплотнения вокруг карьера. В результате могут образовываться трещины отпора, трещины выветривания, в результате происходит снижение сопротивляемости горных пород сдвигу.

Так же, скальные породы в откосах карьеров при больших геотермических градиентах подвергаются интенсивному выветриванию, растрескиванию, осыпанию.

В данном карьере интенсификации будут подвержены процессы выветривания, т.к. для гранитов в прибортовой части карьера практический интерес представлен именно этим процессом [15].

Относительно крепкие полускальные и скальные горные породы с f>7-8 разрушают буровзрывным способом, обуривая элементарный блок или одновременно два-три смежных элементарных блока горизонтальными или слабонаклонными скважинами либо их сочетанием, малого или небольшого диаметра, находящегося в пределах 16-150 мм.

3. Прогноз инженерно-геологических условий на поисково-оценочной стадии разведки месторождения гранитов

3.1 Гидрогеологический прогноз условий разработки

Территория листа является неблагоприятной для развития подземных вод вследствие того, что среди представленных на территории листа пород преобладают плотносцементированные терригенные породы, а также магматические породы. Однако можно предположить наличие грунтовых вод трещинного характера по всей территории листа. Таким образом, можно представить всю территорию листа в виде гидрогеологического массива, область питания которого совпадает с областью распространения.

Река Карасу, расположенная восточнее месторождения никакого влияния на него не имеет.

Воду для технического и питьевого обслуживания можно брать в верховьях р.Карасу. Также техническим целям могут послужить воды непосредственно самого месторождения. Дальнейший сброс технической воды в реку может спровоцировать его загрязнение, поэтому для снижения такой вероятности на всех водосбросах необходимо устанавливать очистные сооружения.

Водозащитные мероприятия требуют надежное обоснование в каждом конкретном случае исходя из реальных природных условий, способа, системы и технологии разработки месторождения, прогноза возможных изменений природной обстановки и ожидаемого эффекта от применения этих мероприятий [16].

Защита гранитного карьера от воды предусматривается минимальная, так как породы не обводнены и водоприток незначительный.

3.2 Инженерно-геологический прогноз условий разработки месторождения

Разработка месторождений полезных ископаемых - это комплекс взаимосвязанных процессов горного производства по извлечению полезных ископаемых (или полезных компонентов) из недр Земли.

При строительстве карьеров нарушаются естественное состояние и равновесие горных пород, происходит их разгрузка, а иногда и разуплотнение, разрушение, расслаивание, осыпание, обрушение, оползание, оплывание. Все эти и многие другие геологические явления нарушают устойчивость горных выработок, создают трудности и опасности для производства горных работ.

Главная цель прогноза заключается в обнаружении проявлений экзогенных геологических процессов, которые могут осложнить условия строительства горного предприятия и эксплуатации МПИ. Это могут быть деформации дна карьера и откосов (оползни, обвалы, вывалы, осыпи, трещины); связь деформаций пород в бортах с ослабленными зонами; связь между степенью выветрелости пород и их деформируемостью; водопроявления, дренированность и развитие деформаций; формирование в ходе буро-взрывных работ техногенной трещиноватости. Также, динамическое воздействие наземной техники.

Обвалы, исходя из особенностей строения и условий месторождения будут образовываться не очень часто, но,возможно, с серьёзными последствиями. Уступов. При повышении динамического воздействия на горные породы будет возрастать количество продуктов разрушения горных пород.

В практике открытых горных работ чаще всего применяют механические способы защиты карьеров. Принцип этого способа заключается в перераспределении напряжений в приоткосной зоне. Для массивов со слабой трещиноватостью, в данном случае, применяют железобетонные сваи и шпон. Также применяется строительство подпорных стенок из железобетона.

3.2.1 Особенности и применяемые технологии в разработке гранитного карьера

Добыча строительного камня, в частности гранита, ведётся, как правило, открытым способом в специальных карьерах, расположенных в местах крупных месторождений, выявленных в ходе проведения геологоразведочных работ.

Разработка карьеров, в которых добывают гранит, имеет определённые отличия от других разработок твёрдых полезных ископаемых - в большинстве технологий используют максимально возможное дробление породы, что упрощает её извлечение на поверхность и транспортировку. Как правило, степень дробления с точки зрения потребительских свойств никакого значения не имеет - однако в случае с гранитом всё происходит иначе.

В процессе добычи строительного камня, в данном случае гранита, крайне важно сохранить большой размер монолитных блоков - это соответствующим образом сказывается на технологии, а также на требованиях к складированию и транспортировке. Кроме того, это определяет перечень оборудования, которое целесообразно использовать на разработках карьеров по добыче гранита.

Кроме того, следует предварительно оценить характеристики месторождения - очень важны следующие из них:

ѕ Монолитность породы

ѕ Однородность физико-механических свойств

ѕ Цвет

ѕ Твёрдость

Применяются три основных способа разработки месторождений гранита.

Применение взрывчатых веществ

Магматические горные породы образуют сплошные каменные массивы, исходно не имеющие никаких естественных трещин (они появляются позже, вследствие смещения пластов или извержения). Поэтому для откалывания от гранитного монолита фрагментов, пригодных для последующего использования в строительстве, требуется очень значительная сила. Её источником могут быть взрывчатые вещества, обладающие высоким уровнем бризантности, то есть способности к раздроблению материала. Такие свойства характерны в первую очередь для аммонита и в ещё большей степени - для тротила.

Технология добычи довольно проста: вдоль всей намеченной линии раскола гранита пробуриваются шурфы, в которые закладываются заряды взрывчатого вещества. Для их инициации применяют или динамомашину с коммутатором для синхронного распределения электрического импульса, или детонационные шнуры. Затем осуществляется подрыв, и если предварительный расчёт был верен, камень будет разделён на фрагменты.

Сегодня такой способ добычи считается слишком грубым. Воздействие тротила настолько сильно, что порой до 80% полученного материала нельзя пустить даже на щебень - разве что на гравий. Цельные глыбы составляют в самом лучшем случае около 60% отделившейся породы, но еще не факт, что все они пригодны для использования, потому что взрывчатка порой повреждает саму структуру гранита.

Использование воздушной подушки

Сделать добычу камня более экономной позволяет метод откалывания. Его технология также предусматривает бурение шурфов, однако в этом случае вместо зарядов тротила в них помещают специальные герметичные резервуары, в которые затем закачивают воздух под высоким давлением. В результате в толще гранита создаётся высокое механическое напряжение, разрывающее породу.

Применение воздушной подушки помогает свести к минимуму объём отходов производства, однако этот метод всё же не позволяет заранее определить, какого размера будут отколовшиеся глыбы.

Распиливание породы

Самым дорогим, но и наиболее «деликатным» по отношению к граниту методом добычи является разрезание камня. Для его выполнения потребуется вначале пробурить в монолите две скважины. Первая делается вертикальной, а вторая - горизонтальной. Необходимым условием является высокая точность на всех этапах работы. Обе скважины должны сойтись в одной точке. В образовавшийся канал помещают специальный трос, оснащённый режущими элементами, сделанными примерно по той же технологии, что и алмазные диски для камнерезных станков. Эту своеобразную гибкую пилу затем приводит в движение мощный электромотор. Получающиеся в результате разрезы обладают идеально ровными краями. [16]

Рисунок 6 Схема отделения и разделки монолита на товарные блоки без опрокидывания:1 - погрузчик, 2 - блоки, 3 - буровая самоходная установка DC 120

Метод распиливания позволяет добывать наиболее удобные для последующей обработки и использования гранитные заготовки.

3.3 Оценка воздействий на окружающую среду

Оценка воздействия на окружающую среду - выполняется в целях определения экологических и иных последствий вариантов принимаемых управленческих и хозяйственных решений, разработки рекомендаций по оздоровлению окружающей среды, предотвращению уничтожения, деградации, повреждения и истощения естественных экологических систем природных ресурсов.

3.3.1 Характеристика карьера как источника загрязнения атмосферы

Отработка участка производится открытым способом. Основными источниками воздействия на окружающую среду в производстве проектных горных работ являются:

ѕ Пыление при проведении работ по снятию ПРС;

ѕ Пыление при выемочно-погрузочных работах вскрышной породы и полезного ископаемого;

ѕ Пыление транспортировании горной массы;

ѕ Пыление при статическом хранении ПРС и вскрыши.

ѕ Выбросы токсичных веществ при работе горнотранспортной техники

Поступление пыли и газов в атмосферу карьеров и окружающую среду тесно взаимосвязаны между собой и определяются одним и тем же комплексом неуправляемых и управляемых факторов. К главным неуправляемым факторам относятся климатические условия, ветровой и термический режимы карьера, горно-геологическая характеристика месторождения, а к управляемым - технология, техника и организация горного производства.

Климатические условия района расположения карьера влияют на загрязнение его атмосферы и окружающей среды через влажность воздуха и почвы, количество выпадающих осадков, скорость ветровых потоков, количество и продолжительность штилевых периодов и приповерхностных инверсий. Их учет позволяет правильно выбрать методы снижения загрязненности атмосферы карьера и пылегазовой нагрузки на окружающую среду.

Скорость ветра в карьере не остается постоянной и в целом соответствует её изменениям на поверхности, оказывая значительное влияние на загрязнение атмосферы в выработанном пространстве и вынос примесей в окружающую среду. При этом на запыленность атмосферы карьеров, помимо внутренних источников, оказывает существенное влияние пыль, сдуваемая с его бортов и прилегающей территории. Этим объясняется тот факт, что с увеличением скорости ветра на поверхности концентрация пыли в воздухе карьера растет за счет ее привноса входящей струёй при одновременном уменьшении за счет улучшения воздухообмена.