УДК 622.1:528
НЕОБХОДИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРА №1 ПАО «ЦГОКа»
Капуста В. В.
ГВНУ «Криворожский национальный университет», Украина, Кривой Рог
Исследования за устойчивостью бортов карьера №1ПАО «ЦГОКа» при комбинированной разработке Глееватского железорудного месторождения проводятся на протяжении всего периода ведения горных работ в карьере. Установлено, что для каждого нарушения устойчивости характерны определенные периоды развития, которые длятся от нескольких суток до нескольких месяцев.
Ключевые слова: маркшейдерские наблюдения, борт карьера, карьерное поле, деформация вмещающих пород, репер.
Kapusta V. V. Need to study the stability of the pit walls №1 PJSC "CGOK" / GVNU "National University of Krivoy Rog", Ukraine, Krivoy Rog
Stability studies pit walls №1PAO "Central GOK" in combination Gleevatskogo develop iron ore deposits are held throughout the period of mining in the quarry. It was found that for each violation of stability characterized by certain developmental periods that last from several days to several months.
Key words: surveying observations, pit, career field, the deformation of the country rocks, frame.
Вступление. Одним из важнейших условий эффективной работы Глееватского карьера №1 ПАТ «ЦГОК» является безаварийная и надежная работа всех технологических звеньев, добиться которой невозможно без четко налаженного контроля устойчивости бортов карьера и отвалов. При этом одним из основных методов его осуществления являются маркшейдерско-геодезические инструментальные наблюдения, обеспечивающие оперативное определение параметров деформирования горнотехнических объектов и получение количественной информации о возникновении и развитии деформационных процессов во времени. Необходимость выполнения маркшейдерских инструментальных наблюдений обусловлена требованиями нормативных документов [1,2, 3] по маркшейдерскому контролю устойчивости выработок при открытой разработке месторождений. Цель данной работы – рассмотреть необходимость исследования по изучению устойчивости бортов карьера №1 ПАО «ЦГОКа» при разработке Глееватского железорудного месторождения.
Изложение материала. Глееватское месторождение железистых кварцитов, расположенное в центральной части Криворожского бассейна и разрабатываемое карьером №1 ПАО «Центральный ГОК» имеет свои характерные особенности.
В тектоническом отношении месторождение приурочено к Саксаганской синклинали и Саксаганской антиклинали, в которых сосредоточены основные запасы руды в Кривбассе. Западное крыло синклинали и восточное крыло антиклинали почти полностью уничтожены Саксаганским надвигом [4].
Богатые руды 2-го Саксаганского пласта, залегающие в восточном крыле синклинали отрабатываются шахтами «Большевик», «Октябрьская» (ПАО «Криворожский железорудный комбинат») и им. Фрунзе (ПАО «Сухая балка Евраз»). Руды Глееватского и Червоно-компанейского пластов и бедные руды 2-го Саксаганского пласта, залегающие в центральной части синклинали и в западном крыле антиклинали, отрабатываются карьером №1 ПАО «Центральный ГОК» и шахтой «Родина» ПАО КЖРК.
В пределах поля карьера №1 распространены метаморфические породы средней - железорудной и верхней – сланцевой свит Криворожской серии.
Поля шахт, подрабатывающих Восточный борт карьера №1, сложено преимущественно породами средней свиты, состоящей из 7 сланцевых и 7 железистых горизонтов, представленных мартитовыми, силикатными, железистыми, гидрогематитовыми роговиками, мартитовыми и железо-слюдистыми джеспилитами, амфиболовыми, хлоритовыми, гидрогематитовыми, углисто-биотитовыми, кварцево-серицитовыми и другими сланцами.
Покрывающая толща четвертичных отложений в пределах карьерного поля имеет мощность от 0 до 40 м. Она представлена светло-желтыми лессовидными и коричневыми суглинками, песками и плотными глинами.
Основная часть промышленных запасов руды, добываемая карьером №1, сосредоточена во втором и четвертом железистых горизонтах. Падение пород западное под углом 50-70о. Среднее содержание железа в руде 32-34%.
Рудные залежи основного простирания шахт, подрабатывающих восточный борт карьера, приурочены к 5 железистому горизонту, а параллельного простирания – к 6 железистому горизонту. Характеристика залежей шахты «Октябрьская» приведена в табл. 1.
Характерной особенностью залежей основного простирания 2-го Саксаганского пласта, отрабатываемого шахтой «Октябрьская», является слияние всех столбообразных залежей на глубине 400-600 м и образование единой пластообразной залежи протяженностью более 2 км. Залежи параллельного простирания в подавляющем большинстве столбообразны.
Таблица 1
Основные параметры залежей, разрабатываемых шахтой «Октябрьская»
|
№ п/п |
Название залежей (с юга на север) |
Длина по простиранию, м |
Мощность, м |
Угол падения, градус |
|
Основное простирание |
||||
|
1. |
Залежь №15 «Южная» |
25-30 |
30-40 |
55-60 |
|
2. |
Залежь №15 |
20-30 |
30-40 |
55-60 |
|
3. |
Залежь №1 карьера №4 |
60 |
15 |
55 |
|
4. |
Залежь №2 (Индустрия) |
50 |
25 |
55 |
|
5. |
Залежь №3-5 «Основная» |
около 1000 |
40-60 |
55-75 |
|
6. |
Залежь оси 130 |
40 |
15-30 |
60-65 |
|
7. |
Залежь оси 139 |
60-170 |
25-60 |
55-70 |
|
Параллельное простирание |
||||
|
1. |
Залежь №23 |
40 |
10-30 |
55-60 |
|
2. |
Залежь №14 |
30 |
20 |
55 |
|
3. |
Залежь №2d |
20-40 |
10-15 |
55 |
|
4. |
Залежь №7 |
40-100 |
15 |
55 |
|
5. |
Залежь №8 (ЦПЗ) |
250 |
30-60 |
60 |
Отработка залежей шахты «Октябрьская» до горизонта 200 м осуществлялась, в основном, с применением камерной системы разработки, иногда на верхних горизонтах производилась закладка выработанного пространства. В дальнейшем, вплоть до горизонта 735 м, отработка велась системой подэтажных штреков и подэтажного обрушения без закладки выработанного пространства. А ниже 735 м – с закладкой отдельных блоков, что способствовало развитию деформаций вмещающих пород вокруг отработанных нелокализованных залежей, частичному или полному разрушению целиков, накоплению пустот и их всплытию на поверхность с образованием первичных и вторичных воронок. Высота этажа на верхних горизонтах составляла 40-50 м, а ниже 300 м – 60-50 м. Начиная с этажа 1115-1040 м шахта, перешла на системы разработки подэтажного обрушения и этажно-камерные, практически полностью отказавшись от закладки выработанного пространства. Все месторождение по простиранию разбито на отдельные блоки, размеры которых в среднем равны 30-50 м, а в крест простирания – 20-50 м.
В настоящее время на шахте продолжается отработка запасов.
Поле карьера № 1 вскрыто тупиковыми траншеями с продольными и поперечными заходками. Очистные работы ведутся по транспортной системе с применением буровзрывных работ и погрузкой руды и вскрышных пород на автомобили и в думпкары.
Карьер имеет вытянутую по простиранию форму и в настоящее время его размеры в плане составляют 4200 х 1200 м. Годовая производительность карьера по сырой руде составляет 5,6 млн. т, а по горной массе – 5,7 млн.м3. Углы наклона бортов карьера составляют 30-400. Высота уступов в наносах 10 м, в скальных породах – 15 м. Ширина рабочих площадок равна 40-60 м.
Бурение взрывных скважин осуществляется станками СШБ-250. Глубина взрываемых скважин 12-24 м, диаметр 250 мм. Взрывные работы производятся с применением многорядного короткозамедленного взрывания. Погрузка руды и вскрышных пород осуществляется, в основном, экскаваторами ЭКГ-8 и ЭКГ-4,6. Для транспортирования горной массы используются автосамосвалы БелАЗ-7512-10 грузоподъемностью 120 т и железнодорожный транспорт (составы на тепловозной тяге с емкостью думпкаров до 105 т).
Восточный и частично Западный борта карьера подрабатываются шахтами «Большевик», «Октябрьская» и им. Фрунзе, от которых периодически на поверхность выходят воронки обрушения, последняя из которых образовалась 02.02.2001 г. (гор. +65…+43 м, 270 маркшейдерская ось). Наличие в массиве горных пород, расположенных под Восточным бортом карьера, пустот осложняет проведение открытых горных работ.
Дальнейшее понижение подземных горных работ приведет к увеличению объемов и количества пустот под карьером, которые при достижении критических значений пролетов и объемов отработанных камер вполне могут инициировать процесс их всплытия вверх (по висячему боку залежи) в обход вышележащих, локализованных закладкой, блоков. Представленное развитие событий будет способствовать возобновлению перепуска пород из «старых» отработанных камер на нижележащие горизонты с образованием воронок на поверхности и расширением зоны сдвижения, что требует постоянного контроля состояния горных выработок в карьере и сопредельной с ним территории. Такой контроль осуществляет служба сдвижения горных пород карьера №1, использующая в своей работе комплекс методов, включающих: визуальные, маркшейдерские инструментальные и геофизические наблюдения, требующие дальнейшего совершенствования и развития.
Применение того или иного метода контроля зависит в первую очередь от круга решаемых задач, горно-геологических условий разработки и состояния (степени нарушенности) земной поверхности. При этом ряд перечисленных методов не может быть использован ввиду невозможности обеспечения безопасности их проведения, нарушенности земной поверхности, невозможности бурения специальных скважин и др.
Устойчивость бортов карьера оценивается, прежде всего, величиной деформаций сдвига, наблюдаемого по смещению рабочих реперов, заложенных на бермах и площадках его борта. При этом процесс деформации может быть представлен как результат изменения пространственного положения рабочих реперов за выбранный интервал времени относительно принятого начального положения и начала отсчета. Абсолютное или полное смещение любой точки деформирующегося массива определяется по результатам измерений горизонтальных и вертикальных составляющих, полученных в результате проведения маркшейдерских инструментальных наблюдений. Учитывая это, контроль устойчивости бортов Глееватского карьера предусматривается использовать следующие методы наблюдений:
- визуальные наблюдения;
- маркшейдерские инструментальные наблюдения.
Визуальные наблюдения являются составной частью наблюдений за деформацией горных выработок при открытой разработке месторождений. Они дополняют необходимыми сведениями маркшейдерские инструментальные наблюдения, создавая общее представление о развитии деформаций, как по всему месторождению, так и по его отдельным участкам. Сущность визуальных наблюдений состоит в фиксации видимых проявлений нарушения устойчивости откосов горных выработок, характера трещиноватости массива, водопроявлений и последствий проведения буровзрывных работ. Результаты визуального обследования состояния бота карьера заносятся в специальный журнал. На основании результатов визуальных обследований уточняется при необходимости объем работ по наблюдению за устойчивостью бортов и обеспечению безопасных условий работы в карьере.
Исследования устойчивости бортов карьера № 1маркшейдерскими инструментальными наблюдениями в разное время осуществлялось следующими организациями: Криворожским опорным пунктом ВНИМИ, Криворожским отделением ВИОГЕМ, ГНПП «МЭГГИ», ЦПИМЛом, КТУ, институтом «Кривбасспроект», службой сдвижения горных пород карьера № 1 ЦГОКа (постоянно) и др. На протяжении всего периода проведения горных работ в карьере наблюдательная станция на его бортах, состоявшая из систем грунтовых реперов, заложенных как в штольнях, так и на рабочих площадках карьера, претерпела значительные изменения. И к 2001 г. была практически полностью уничтожена в результате развития открытых горных работ и процесса сдвижения земной поверхности.
С 2004 г. наблюдения за устойчивостью Восточного и Западного бортов карьера проводятся службой сдвижения горных пород карьера №1 ПАО «Центральный ГОК» и отделом специальных маркшейдерско-геодезических исследований (ОСМГИ) Ассоциации «Укррудпром» (ныне дочерним предприятием «УКРРУДПРОМ»). Учитывая то, что карьер попадает в зону влияния подземных горных работ, наблюдательную станцию заложили на Восточном и Западном бортах по маркшейдерской оси 180 частично использовав при этом репера профильной линии «60 оси» шахты «Октябрьская», заложенные в различные периоды наблюдений (1965, 1984 и 1998 гг.) Криворожский пункт ВНИМИ, КО ВИОГЕМ и ОСМГР ПАО КЖРК. Профильная линия состоит из трех опорных реперов (Б, №01 и №1), заложенных за теоретической зоной сдвижения от подземных горных работ шахты «Октябрьская», и 30 рабочих реперов, расположенных на железной дороге «Укрзалізниці», отвале и бортах карьера №1. Рабочие и опорные репера представляют собой металлические стержни диаметром 25-30 мм и длиной 1500-1800 мм полностью заглубленные в землю и расположенные друг от друга за пределами карьера на расстоянии 10-30 м, а на бортах – от 45-70 до 140-1120 м. На скальных уступах заложены укороченные репера длиной 500 мм. В 2004 г. репера №15-17 профильной линии были уничтожены и вместо них заложены новые.
В 2007 г. профильная линия 1 продолжена до подъездной автодороги на ПДК ПАО «Центральный ГОК», т.к. на Западном борту карьера сохранился лишь один репер, что не позволяло судить о развитии процесса сдвижения земной поверхности на этом участке. Поэтому дополнительно было заложено 5 рабочих реперов (№№31-35).
В 2013 г. репер №2 был уничтожен и вместо него заложен новый.
Инструментальные наблюдения выполнялись с учетом требований к точности измерений, изложенных в инструкции [1]. Длины интервалов и превышения между реперами измерялись электронным тахеометром GTS-602 фирмы «Topcon», обеспечивающим измерение углов с погрешностью не более ±2″ и расстояний с погрешностью ±(1,56+1,42*10-6L) мм. Центрирование инструмента и сигналов осуществлялось с помощью оптических отвесов, что обеспечивало их установку с погрешностью не более 0,2-0,5 мм. Измерения осуществлялись непосредственно или по программе определения непреступных расстояний в прямом и обратном направлениях. При проведении измерений фиксировалась температура воздуха с точностью до 10С и атмосферное давление с точностью до 10 Па, что обеспечивало погрешность измерения длин 1:12000-1:25000 и менее.
Высотные отметки реперов определялись методом тригонометрического нивелирования одновременно с измерением длин линий дважды, в прямом и обратном направлениях. При этом высоты инструмента и сигналов измерялись при помощи мерного жезла по специально разработанной методике, что обеспечивало их определение с погрешностью не более 1 мм.
Камеральная обработка результатов полевых измерений осуществлялась с использованием пакета программ «CREDO-DAT» фирмы «Credo-Dialogue».
Вывод. Анализ нарушений устойчивости бортов карьеров дает основание утверждать, что слагающие их породы теряют свою прочность не мгновенно, а в течение определенного времени, начиная с момента изменения природного напряженного состояния пород в процессе формирования уступов. Причем, для каждого нарушения устойчивости характерны определенные периоды развития, которые могут длиться от нескольких суток до нескольких месяцев.
Важное место при оценке устойчивости откосов занимает мониторинг. Практика свидетельствует, что сдвижение пород начинается задолго до начала основного смещения и обычно не фиксируется визуально. Нужны инструментальные маркшейдерские наблюдения, позволяющие установить прогрессирующий или затухающий характер деформаций по изменению во времени скоростей смещений.
Использование в практике геодезических работ электронных тахеометров, цифровых нивелиров и спутниковых технологий для исследования динамики развития деформационных процессов в бортах карьеров и отвалов повышают достоверность и точность измерений. А специализированные программные комплексы обеспечивают обработку и оперативность получения исходной информации, позволяют выявить начальную стадию развития деформаций и своевременно провести необходимые мероприятия по их предотвращению и стабилизации.
По результатам наблюдений, визуального обследования и анализа инженерно-геологических условий с учетом фактических параметров сооружений определяются участки возможного развития деформаций, составляются проекты создания и пополнения наблюдательных станций, разрабатываются заключения о состоянии бортов карьеров и отвалов и рекомендации по дальнейшему ведению горных работ в экстремальных условиях.
Выполняемые исследования по определению состояния бортов карьеров и отвалов с использованием современных технологий наблюдений за безопасностью ведения горных работ подтверждают их перспективность как инженерных мероприятий по предупреждению деформационных процессов.
Литература:
1.Инструкция по производству маркшейдерских работ. – М.: Недра, 1987 – 240 с.
2. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. – Л.: ВНИМИ, 1971. – 187 с.
3. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерполяции их результатов и прогнозу их устойчивости. – Л.: ВНИМИ, 1987. – 117 с.
4. Белевцев Я.Н. Геологическое строение и железные руды Криворожского бассейна. М.: Гостехиздат. 1987. – 357 с.
References:
1. Instruktsyia po proyzvodstvu marksheiderskykh rabot. – M.: Nedra, 1987. – 240 s.
2. Instruktsyia po nabliudenyiam za deformatsyiamy bortov, otkosov y otvalov na karerakh y razrabotke meropryiatyi po obespechenyiu ykh ustoichyvosty. – L.: VNYMY, 1971. – 187 s.
3. Metodycheskye ukazanyia po nabliudenyiam za deformatsyiamy bortov razrezov y otvalov, ynterpoliatsyy ykh rezultatov y prohnozu ykh ustoichyvosty. – L.: VNYMY, 1987. – 117 s.
4. Belevtsev Ya.N. Heolohycheskoe stroenye y zheleznie rudy Kryvorozhskoho basseina. M.: Hostekhyzdat. 1987. – 357 s.