Введение к работе
Актуальность работы.
Объем добычи и производства товарных железных руд в мире составляет свыше 1 млрд.т. в год, около половины которых поступает на международный рынок. Ежегодный оборот железорудного сырья (ЖРС) превышает 11 млрд. долларов США. В ближайшие два десятилетия ожидается наращивание объемов добычи железной руды, производства переработанного железорудного сырья и мировой торговли этой продукцией примерно на 50%. Крупнейшими экспортерами железорудного сырья являются Австралия и Бразилия, которые контролируют около 65% мирового рынка ЖРС. На восточноевропейском рынке основными поставщиками ЖРС являются Украина и Россия. В настоящее время Россия добывает 220-225 млн.т. сырой железной руды и производит 85 - 90 млн.т. товарной железной руды. С учетом прогнозов наращивания объемов мировой торговли ЖРС имеются перспективы укрепления позиций России в качестве экспортера железорудного сырья и проката на мировой рынок.
В сложившейся ситуации к региону КМА проявляется особое внимание металлургических предприятий, особенно к месторождениям богатых железных руд (БЖР), прогнозные ресурсы и промышленные запасы которых составляют 40 млрд. тонн. Яковлевское месторождение БЖР относится к уникальным среди месторождений КМА не только по качеству сырья и его запасам, но и сложности инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также глубине залегания полезного ископаемого. Наиболее богатые руды по содержанию железа рассматриваются как генетически слабые разности химической коры выветривания. Обеспечение устойчивости БЖР в горных выработках предопределяет систему разработки и технологию ведения очистных работ, которые должны базироваться на анализе специфики поведения БЖР в условиях изменения напряженного состояния, осушения и их вторичного увлажнения.
Изучение Яковлевского месторождения началось еще в 50-х гг. прошлого века. В течение 50 лет комплексные исследования выполнялись трестом Курскгеология, Белгородской железорудной экспедицией, институтом Центрогипроруда, ВИОГЕМ, АН СССР, институтом ВСЕГИНГЕО, Воронежским университетом, СПГГИ (ТУ), НТЦ «НОВОТЭК», проектным институтом «СУБР-проект» и др.
Цель работы. Разработка инженерно-геологических критериев устойчивости БЖР на основе анализа и оценки их природы прочности и влияния изменения гидродинамических условий при ведении подземных работ под неосушенными водоносными горизонтами.
Основные задачи исследований: 1) изучение формирования химических кор выветривания железистых кварцитов КМА с целью анализа и оценки специфики состава, состояния и физико-механических свойств БЖР; 2) исследование закономерностей изменения прочности и деформационной способности БЖР с учетом изменения их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности; 3) изучение влияния природных и техногенных факторов как базовых положений для создания инженерно-геологических критериев безопасности ведения горных работ; 4) разработка структуры и концепции гидрогеомеханического мониторинга как средства контроля и управления устойчивостью БЖР.
Личный вклад автора. Настоящая работа подготовлена по материалам НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» (СПГГИ (ТУ) 2002-2006гг). Автор выполнила специализированную съемку состояния БЖР в подземных выработках, провела экспериментальные исследования физико-механических свойств осушенных БЖР и оценила влияние природного и вторичного увлажнения на снижение устойчивости БЖР и возможность формирования прорывов.
Основные методы исследований. В процессе выполнения работы использовались теоретические и экспериментальные методы изучения природы прочности и деформационной способности БЖР, влияния активизации микробной деятельности на устойчивость БЖР; физическое моделирование развития суффозионных процессов и возможности перехода БЖР в состояние плывунов, расчетно-аналитические методы вероятности прорывов подземных вод в горные выработки.
Научная новизна 1) качественная и количественная оценка влияния природных и техногенных факторов на изменение состояния и физико-механических свойств БЖР с целью предупреждения развития горно-геологических процессов и явлений в подземных выработках; 2) анализ влияния процесса перетекания подземных вод из вышележащих неосушенных горизонтов на устойчивость БЖР; 3) разработка инженерно-геологических критериев на основе комплексного подхода к формированию и изменению природы прочности и устойчивости БЖР под воздействием дополнительного увлажнения и активизации микробной деятельности; 4) создание регламента гидрогеомеханического мониторинга с целью повышения безопасности ведения горных работ.
Практическая значимость. Предлагаемые инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд рекомендованы для использования в создании системы безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике КМА и аналогичных месторождениях богатых железных руд. Результаты диссертационной работы используются следующими проектными, научными и производственными организациями: специализированный проектный институт «СУБР-Проект», «Центрогипроруда», НТЦ «НОВОТЭК», «ВИОГЕМ».
Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, определяется большим объемом теоретических обобщений и выполненных экспериментальных исследований закономерностей преобразования прочности и деформационной способности БЖР в зависимости от их влажностного режима, разуплотнения и микробной пораженности, а также возможностью формирования прорывов подземных вод в горные выработки. В основу диссертации положены результаты исследований, которые выполнялись на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии при участии автора в рамках научно-исследовательских работ «Научное сопровождение строительства первой очереди Яковлевского рудника» 2004г., «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» в 2003, 2005, 2006гг., а также персональных грантов Минобразования и науки РФ, СПГГИ (ТУ) и американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) 2003, 2004 , 2005 и 2006гг.
Апробация работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях: Всероссийская конференция молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР, профессора К.О Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых», Апатиты, 2005; Международная научная конференция «Проблемы инженерной геодинамики и экологической геодинамики», МГУ- Москва, 2006; II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах», Белгород, 2006.
Общее количество опубликованных работ 15, в том числе 5 работ по теме диссертационной работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 173 машинописных страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 150 наименований, содержит 40 рисунков, 38 таблиц, 11 фотографий.
