Прогноз инженерно-геологических условий освоения подземного пространства на примере Ленинградского месторождения горючих сланцев

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................................4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ ПРИ ОСВОЕНИИ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА (АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, ОЦЕНОК И ПРОГНОЗОВ В СЛОЖНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ С ЦЕЛЬЮ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ НЕДР)........................................7
1.1 Сооружения подземного пространства............................8
1.2 Некоторые проблемы инженерной геологии МПИ....................9
1.3 Современные проблемы освоения Ленинградского месторождения горючих сланцев...............................................25
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ОЦЕНКИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЛЕНИНГРАДСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ.......................33
2.3.1 Стратиграфия и литология..................................35
2.3.2. Структурно-тектонические особенности Ленинградского месторождения................................................43
2.4.1 Трещиноватость горных пород ордовика......................46
2.4.2 Карстовые явления........:................................59
2.4.3. Физико-механические свойства горных пород Ленинградского месторождения горючих сланцев................................70
2.5 Гидрогеологические условия Ленинградского месторождения......80
2.5.1. Обводненность горных выработок...........................84
2.5.2. Влияние горных работ на режим подземных вод........,.....85
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ШАХТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА УСЛОВИЙ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ..............................................................89
3.1 Основные факторы, определяющие безопасность эксплуатации Ленинградского месторождения горючих сланцев..................89
3.1.1 Влияние трещиноватости массива горных пород и карстовых нарушений на условия ведения горных работ....................89
3.1.2.Конфигурация и объем промышленных запасов в прикарстовых целиках.....................................................100
3.1.3. Ширина прикарстовых целиков и потери сланца в зонах со сложными горно-геологическими условиями..............................101
3.1.3. Влияние карстовой нарушенности на объем проведения подготовительных выработок..................................105
3.2 Исследование сдвижений и деформаций земной поверхности......109
3.2.1 Деформирование и разрушение целиков......................112
3.2.2. Разработка пласта горючего сланца камерами-лавами и лавами с полным обрушением..............................................117
ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОТКРЫТОГО СПОСОБА РАЗРАБОТКИ ПРОМПЛАСТА ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ В ПРЕДЕЛАХ ОРДОВИКСКОГО (ВЕЗЕНБЕРГСКОГО) ПОГРЕБЕННОГО УСТУПА............................................................123
3
4.1. Основные особенности ведения горных работ в пределах ордовикского (везенбергского) погребенного уступа.................................124
4.2. Основные особенности геологического строения везенбергского уступа на Ленинградском месторождении горючих сланцев.......................125
4.2.1. Литология и мощность перекрывающих промпласт пород ордовика. 126
4.2.2. Литология и мощность перекрывающих промпласт пород девона... 127
4.2.3. Доломитизация и выветривание перекрывающих промпласт пород
ордовика и девона................................................127
4.2.4. Физико-механические свойства горных пород.................132
4.3. Инженерно-геологическое районирование территории северной части Ленинградского месторождения....................................135
4.4. Краткая характеристика открытого способа разработки на Эстонском месторождении...................................................144
4.5 Прогноз условий устойчивости откосов проектируемого карьера...146
4.5.1. Выбор расчетной схемы.................................... 146
4.5.2. Определение расчетных характеристик.......................146
4.6 Прогноз водопритоков в проектируемый карьер...................148
4.6.1. Гидрогеологические условия................................148
4.6.2.Расчет водопритоков к проектируемому карьеру...............154
4.6.3. Обоснование системы дренажа.............................. 154
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЛОКАЛЬНОГО ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА
ТЕРРИТОРИИ ЛЕНИНГРАДСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ.............................................................162
5.1 Обоснование необходимости функционирования локального горногеологического мониторинга на территории Ленинградского месторождения горючих сланцев.................................................162
5.2 Методика функционирования локального горно-геологического мониторинга на Ленинградском месторождении......................174
5.2.1 Мониторинг на ноле готовящейся к ликвидации шахты им. С.М.
Кирова...........................................................174
5.2.2 Мониторинг на поле действующей шахты «Ленинградская».......176
5.2.3 Мониторинг на поле будущего карьера........................177
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................179
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................181
18
прорывы; водоемов; разрушение Горные выработки;
Г идродинамические плывуны; изолирующих
и гидрохимические фильтрационный водоупоров; вскрытие
процессы и явления выпор, карст водонасыщ. песков, Сдренированная толща;
Подтопление; растворение и выщелач. Территории над
затопление; горных пород выработанным
заболачивание; Откачка и отвод пространством и
засоление шахтных вод без режима прилегающие к
подземных и регулирования; месторождению;
поверхн. вод, почв и горных пород. инфильтрация рассолов солеотвалы.
Пучение почвы горных выработок наблюдается на угольных шахтах, во многих угольных и сланцевых бассейнах (Кузбасс, Донбасс, Подмосковный бассейн, Волжский бассейн и др.). Борьба с пучением почвы выработок является одной из основных проблем для угольных и сланцевых шахт, где проявляется этот процесс. Работы по ремонту и поддержанию выработок влекут за собой большие материальные затраты и составляют значительную часть работ.
Процесс пучения почвы горных выработок зависит от многих факторов имеющих различную природу. К факторам, имеющим геологическую природу можно отнести: геологическое строение месторождения (литология и условия залегания полезного ископаемого и вмещающих пород, тектоника месторождения и т.д.); гидрогеологические условия месторождения; физикомеханические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород и др. К технологическим факторам относятся: глубина выработки; положение
выработки по отношению к элементам залегания промпласта и пород почвы; размеры и форма выработки; размеры целиков; технология производства горных работ; конструкция крепи и др. [33]. Наиболее полно механизм и
19
причины процесса пучения представлены в работах ИЛ. Черняка, М.В. Сыроватко, А.П. Максимова, М.А. Комиссарова и др.
Одним из опасных горно-геологических процессов препятствующим нормальному и безопасному ведению горных работ являются вывалы пород из кровли горных выработок в призабойном пространстве. Вывалы замедляют темпы горнопроходческих работ, снижают производительность труда, иногда приводят к травматизму, влияют на выбор способа крепления выработок.
Наиболее часто вывалы проявляются в виде локальных обрушений на фоне общей устойчивости пород кровли. Вывалы имеют различную форму и размеры, зависящие от типа пород слагающих кровлю, их прочности и трещиноватости. Наблюдения за процессом вывалообразования показали, что практически все вывалы приурочены к участкам с осложненными геологическими условиями (наличие природной неоднородности пород кровли по составу, строению и прочности). [33] Это позволяет говорить о том, что прогноз этого процесса возможен на основе установления закономерностей изменения геологических условий в пределах шахтного поля, увязывая их с применяемой технологией отработки полезного ископаемого и способа управления горным давлением.
Основные работы по изучению процесса вывалообразования и устойчивости непосредственной кровли выработок принадлежат Г.Л Фисенко, В Л. Свержевскому, Б.П. Овчаренко, Н.С. Булычеву, A.A. Борисову, СИ. Малинину, Б.В. Смирнову, А.И. Арнаутову и др. [1,2,7,8,71,81,98,101].
Не менее серьезные проблемы связаны с таким явлением как водные прорывы. Водные прорывы являются причиной затопления и заиления рыхлым материалом горных выработок на многих угольных и сланцевых месторождениях (Кузбасс, Донбасс, Печерский бассейн, Подмосковный бассейн, Прибалтийский сланцевый бассейн и др.).