5. Сложные формы:

• седловидные;

• куполообразные и др.

В большинстве случаев месторождение бывает представлено не одним, а несколькими рудными телами. Эти совместно залегающие рудные тела бывают отделены одно от другого массивом пустой породы, иногда пересекаются, соединяются и снова разделяются.

Месторождения нередко нарушаются сбросами, сдвигами, бывают изогнуты, перемяты, раздроблены, в результате чего разработка их усложняется.

Чем неправильнее залежь по форме, чем больше тектонических нарушений она имеет, тем сложнее ее разработка.

Кроме формы месторождения, важным признаком является характер его контакта с вмещающими породами. Контакт в одних случаях бывает выражен резко: рудное тело отчетливо отделяется от вмещающих пород. В других случаях переход от руды к пустой породе происходит постепенно, границы промышленного оруденения можно установить только путем опробования. Разработка месторождений с отчетливыми контактами проще. Иногда наличие оруденения во вмещающих породах благоприятно сказывается на разработке, так как руда при отбойке засоряется не пустыми, а рудоносными породами.

В зависимости от характера распределения рудных минералов различают сплошные и вкрапленные руды. Сплошные руды состоят из рудных минералов, смешанных с небольшим количеством породы; они обычно имеют резкие границы с вмещающими породами. Вкрапленные руды представляют собой относительно редкие вкрапления рудных минералов в рудной породе и, как правило, не имеют отчетливых границ с вмещающими породами.

На многих месторождениях встречаются оба типа руд; обычно в средней части рудного тела руды сплошные, а в остальной части — вкрапленные. Так, на Лениногорских свинцово цинковых рудниках сплошные сульфидные руды по мере приближения к контакту лежачего бока постепенно беднеют и переходят в роговиковые вкрапленные руды. На медных месторождениях Урала сплошные медноколчеданные или пиритные руды местами переходят в сланцевые вкрапленнъте руды. Не которые залежи Кривбасса в центральной своей части или с одной стороны представлены сплошными богатыми рудами, которые постепенно в направлении лежачего бока замещаются вкрапленными рудами и затем слабо ожелезненными вмещающими боковыми породами.

Элементы залегания пластов.

Одним из основных факторов, определяющих выбор системы разработки длина пластообразных и близких к ним по форме линзообразных рудных тел, является угол падения.

Размеры и положение пласта определяются элементами залегания:

1. Простирание:

• линия простирания – это линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью;

• азимут простирания – это угол, образованный линией простирания и магнитным (истинным) меридианом.

2. Падение:

• линия падения – это линия лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания;

• азимут падения – это угол, образованный линией падения и магнитным (истинным) меридианом.

• угол падения – это угол, образованный линией падения и горизонтальной плоскостью:

• крутые – угол падения более 45º;

• наклонные – угол падения от 20-25 до 45º;

• пологие – угол падения до 20-25º;

• горизонтальные – угол падения до 3º.

Это деление связано с изменением условий разработки и применением при разных углах падения различных способов очистной выемки.

3. Мощность – это расстояние между боковыми поверхностями пласта. Кратчайшее расстояние (по перпендикуляру), наз. истинной или нормальной мощностью. Мощность, измеренная в горизонтальной плоскости называется горизонтальной, в вертикальной плоскости – вертикальной. Вертикальной мощностью пользуются для пологопадающих рудных тел, горизонтальной — для крутопадающих. В штокообразном месторождении мощностью считается меньший из его горизонтальных размеров. Больший горизонтальный размер называют длиной штока. Иногда мощностью штока считают его вертикальный размер, а горизонтальную мощность называют шириной. Последнее целесообразно, когда шток (массив) имеет значительные размеры по горизонтали и относительно небольшие по вертикали. Мощность рудных тел может изменяться по простиранию и с глубиной, постепенно или резко, закономерно или случайно. Непостоянство мощности характерно для рудных месторождений. Резкие изменения мощности затрудняют разработку.

Для месторождений с непостоянной мощностью указывают крайние пределы ее колебаний, а также среднюю мощность по отдельным участкам месторождения.

• весьма тонкие – месторождения, при разработке которых очистная выемка сопровождается подрывкой вмещающих пород. Правилами безопасности допускается минимальная ширина очистного пространства 0,6 м, а высота (при пологом залегании рудных тел) 0,8 м. Эти размеры и определяют верхнюю границу мощности рудных тел данной группы;

• тонкие – месторождения мощностью от 0,7 до 2 м, при разработке которых очистную выемку можно производить без подрывши вмещающих пород, но проведение горизонтальных подготовительных выработок в большинстве случаев требует подрывки;

• средней мощности — месторождения мощностью от 2 до 5 м. Верхняя граница мощности соответствует предельной длине простейшего вида крепи — распорок, стоек. Разработка месторождений средней мощности может производиться без подрывки вмещающих пород;

• мощные – ­месторождения мощностью от 5 до 20 м, очистная выемка в которых при крутом падении может производиться по простиранию на всю мощность;

• весьма мощные – более 20 м. Очистную выемку в этих месторождениях при крутом падении ведут обычно вкрест простирания.

4. Глубина залегания месторождения также в значительной степени влияет на выбор способа и системы разработки. Ее указывают от поверхности по вертикали до верхней и нижней границ месторождения. Глубокозалегающими считаются месторождения с глубиной залегания более 800 м. На этой глубине начинаются своеобразные проявления горного давления, выражающиеся в «стрелянии» пород и горных ударах.

Рудной площадью месторождения называют площадь его горизонтального сечения.

Глубина залегания, рудная площадь, длина по простиранию, так же как и угол падения, на отдельных участках месторождения могут быть различными. Поэтому нередко на участках одного и того же месторождения применяют разные системы разработки.

Гидрогеологическая характеристика месторождений.

1. Характеристика гидрогеологии месторождения и района, качество вод и мощность водоносных горизонтов, характер и водоносность пород условия питания и дренажа подземных вод, связи между водоносными горизонтами и поверхностными водами, степень изоляции тел полезного ископаемого водоупорными слоями, химический состав|слог,склад| и бактериологическое состояние|стан| вод, агрессивность вод к|до| бетону, металлам и полимерам, содержание|содержимое| в них полезных и вредных компонентов.

2. Расчет типичных и максимальных водопритоков| в горные выработки, обоснование мероприятий по осушению месторождения и водоотлива, а также по обезвреживанию (химическому, бактериологическому, механическому|механичный|) шахтных вод, оценка возможности использования|употребление| их для питьевого, технического водоснабжения и орошения; целесообразность подсчета|вычисление| балансовых запасов|припас| дренажных вод для этих целей.

3. Оценка негативного влияния разработки месторождения на действующие водозаборы или те, которые проектируются; вод поверхностных водоемов и водотоков|гумно| на условия разработки месторождения, рекомендации по мерам пресечений. Обоснование возможностей формирования хвостохранилищ| и гидроотвалов| на определенных площадях.

Виды воды в горных породах:

1. Химически связанная вода — конституционная и кристаллизационная.

2. Вода в виде пара — находится в постоянном динамическом равновесии с другими видми воды и с парами воды в атмосфере.

3. Физически связанная вода — гигроскопическая и пленочная, электростатической природы.

4. Свободная вода — капилярная (силы поверхностного натяжения), иммобилизованная (в замкнутых порах) и гравитационная (перемещающаяся по порам и трещинам под действием силы тяжести).

5. Вода в твердом состоянии.

Происхождение подземных вод:

1. Инфильтрационные подземные воды образуются в резуль­тате просачивания (инфильтрации) в водопроницаемые горные породы атмосферных осадков.

2. Конденсационные подземные воды. Конденсация водяных па­ров воздуха в порах и трещинах горных пород.

3. Седиментогенные подземные воды образовались одно­временно с накоплением морских осадков.

4. Ювенильные подземные воды или магматогенные. Поднимаясь по глу­боким тектоническим трещинам и разломам, водяные пары по­падают в области с более низкими температурами. В этих усло­виях они конденсируются и переходят в капельно-жидкое состоя­ние. Проникая вверх в земную кору она смешиваются с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и поступают на поверхность в смешанном виде.

5. Возрожденные или дегидратационные воды образуются в результате выделения из минеральных масс, содержащих кристал­лизационную воду. Такой процесс перехода из связанного состояния в свободное (при дегидратации гипса и его переходе в ан­гидрит и др.) возможен при повышенных температурах и давле­ниях.

Физические свойства подземных вод: температура, цвет, прозрачность, запах, плотность.

Химические свойства подземных вод:

1. Количество и соотношение содержащихся в растворенном виде солей в виде:

• ионов — Н⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Cl^–, SO₄^2–,HCO₃^–;

• недиссоциированных соединений — SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃;

• газов — СО₂, О, N₂, CH₄, H₂S, He, Rn и др.

2. Реакция воды pH:

• pH< 5 — весьма кислые;

• 5 <pH< 7 — кислые;

• pH = 7 — нейтральные;

• 7 >pH> 9 — щелочные;

• pH > 9 — высокощелочные.

Подземные воды в большинстве своем слабощелочные; сульфидных и особенно колчеданных месторождений обычно кислые и весьма кислые.

1. Органические примеси животного происхождения служат показателе загрязнения воды.

2. Бактериальные свойства вод обусловлено наличием в них микроорганизмов.

3. Жесткость воды обусловлена присутствием Са²⁺ и Mg²⁺. Жесткая вода плохо взмыливается, дает накипь и в ней медленней развариваются продукты.

4. Щелочность обусловлена наличием в воде некоторых щелочей и кислот.

Качество воды. Питьевая вода должна быть бесцветной, прозрачной, 4-15С, без неприятного запаха и вкуса, не содержать болезнетворных бактерий, тяжелых металлов, надежно изолирована.

Агрессивные свойства подземных вод.

Выделяют по отношению к бетону:

• сульфатную агрессивность – кристаллизация в бетоне новых соединений;

• углеродную агрессивность – растворение и выщелачивание бетона;

• агрессивность выщелачивания – растворение и вымыв из бетона извести;

• общекислотную агрессивность – увеличивается растворение извести;

• магнезиальную агрессивность – разрушение бетона;

• кислородную агрессивность – вызывает коррозию металла.

Водоносные горизонты.

Верховодка. Если в толще водопроницаемых пород залегает линза слабо- или водонепроницаемых пород, то инфильтрующиеся сверху в водопроницаемые породы осадки, достигая линзы, задерживаются и скапливаются, располагаясь выше грунтовых вод В.

Грунтовые воды — подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонт расположенного на первом водонепроницаемом слое. Грунтовые воды распространены почти повсеместно. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т. е. являются безнапорными. Расстояние от водоупорна до поверхности грунтовых вод называется мощностью водоносного горизонта. Поверхность грунтовых вод называется уровнем, скатертью или зеркалом (чаще). Выше зеркала грунтовых вод расположена зона аэрации. Режим грунтовых вод это условия залегания, питания и движения грунтовых вод во времени не постоянны, что обусловливает изменение их зеркала, физических свойств, химического состава, скорости движения, количества и т. п.

Артезианские воды — межпластовые подземные воды заключенные в более или менее глубоких водоносных горизонтах, залегающих между водонепроницаемыми пластами, т.е. находящиеся под гидростатическим давлением. При их вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня превышает отметку поверхности земли в данном пункте, вод будет изливаться выше поверхности земли. Геологическими структурами, способствующими образованию артезианских вод, являются синеклизы, мульды, моноклинали и т.д. Гидростатическое давление тем более высокое, чем ниже располагается область стока относительно области питания.

Среди напорных вод различают поровые пластовые, приуроченные к водоносным пластам, сложенным разнозернистыми породами (песками, гравием и т. п.); пластовые трещинные, приуроченные к трещинам в осадочных скальных породах (известняках, песчаниках, доломитах и т. п.), подстилаемых и перекрываемых водоупорными породами. Напорные воды могут быть также приурочены. к тектоническим трещинам.

Межпластовые безнапорные воды встречаются сравнительно редко. Обычно межпластовые подземные воды приурочены к песчаным пластам значительной мощности, залегающим выше базиса эрозии местной гидрографической сети. Питание межпластовых безнапорных вод осуществляется преимущественно по долинам балок и оврагов, где породы, слагающие водоносный горизонт межпластовых вод, обнажаются на поверхности. Области питания и распространения межпластовых вод не совпадают. По условиям передвижения межпластовые безнапорные подземные воды аналогичны грунтовой воде.

Так же, как и грунтовые воды, межпластовые безнапорные воды могут образовать потоки и бассейны подземных вод.

Трещинные воды.

Все скальные горные породы (магматические, метаморфические и осадочные) разбиты системой трещин, происхождение которых, размеры, форма и положение в пространстве самые различные.

В верхней части земной коры под действием выветривания (температуры, воды и ветра) в скальных породах образуются трещины выветривания иногда значительных размеров. Глубина этих трещин определяется мощностью наиболее интенсивной зоны выветривания и, как правило, не превышает нескольких десятков метров, достигая иногда глубины 100 м и более. В зависимости от физико-географических и геологических условий, а также от состава скальных пород в трещинах выветривания может находиться то или иное количество подземных вод — безнапорных или напорных.

Литогенетические трещины, развивающиеся в эффузивных породах, имеют нередко значительные размеры и включают мощные потоки грунтовых вод.

Пластово-трещинные воды приурочены к трещинам скальных осадочных и метаморфических пород (песчаникам, известнякам и т. п.), залегающим между водоупорными породами, которыми обычно являются аргиллиты или глинистые сланцы.

Тектонические трещины обычно являются путями циркуляции подземных вод в значительных количествах. Сбросы нередко сопровождаются брекчиями трения в зонах раздавленных пород, по которым подземные воды циркулируют наиболее свободно.

Напорные воды в крупных тектонических трещинах земной коры называются жильными водами; они характеризуются глубокой циркуляцией по породам различного состава и возраста.

Нередко напор трещинных вод обусловливается давлением газа, поступающего из более глубоких зон земной коры, а так же давлением водяных паров; последний случай имеет мест тогда, когда горячая вода с температурой более 100°С вырывается из глубин на поверхность земли, что наблюдается ни Камчатке, в Исландии, Новой Зеландии и других местах. Подобные выходы трещинных горячих вод и газа называются гейзерами.

Карстовые воды

Под карстом понимают совокупность явлений, связанных с. деятельностью подземных вод и выражающихся в растворении, выщелачивании и механическом размыве горных пород (известняков доломитов, гипса, ангидритов и солеи) и образовании в них пустот (каналов, пещер и т. п.). Карст представляет собой явление, подчиняющееся в основном региональным условиям — климату, тектонике и морфологии местности, где распространены породы, способные растворяться и выщелачиваться в воде; что является главным фактором процессов карстообразования.

Карстовые области обычно бедны поверхностными водотоками так как многие ручьи и реки уходят в подземные пусто ты. В карстовых районах поглощение атмосферных осадков происходит очень быстро через зияющие трещины и воронки, куда вода устремляется с большой скоростью; образующиеся подобным путем подземные воды называются инфлюационными (проваливающимися).

Условия обводнения горных выработок.

Понятие о шахтных водах.

При разработке месторождений полезных ископаемых подземные воды, приуроченные к вмещающим полезное ископаемое породам, поступают в горные выработки.

Шахтные, или рудничные, воды — подземные воды поступают в горные выработки из горных пород и осложняющие вскрытие и эксплуатацию полезного ископаемого. Тем самым подземные воды являются фактором, который непременно учитывается при оценке месторождений полезных ископаемых, при проектировании горного предприятия и ведении подготовительных и очистных работ. При оценке месторождений подземные воды имеют значение не только как фактор, обуславливающий притоки в горные выработки, но и как отрицательно влияющий на общие условия труда шахтеров (простуды, травмы), что снижает производительность и вызывает необходимость введения сокращенного рабочего дня и затрат на охрану труда.

Условия обводненности месторождений.

Обводненность месторождений полезных ископаемых обусловливается рядом естественных и искусственных факторов. К основным природным факторам обводнения относятся: атмосферные осадки, рельеф местности, просачивание воды из поверхностных водотоков и водоемов, обнаженность коренных пород и состав покровных отложений, литологический состав вмещающих пород, тектоника района, глубина горных выработок, формы погребенного рельефа.

К искусственно созданным факторам можно отнести: влияние старых затопленных выработок, влияние незатампонированных разведочных скважин, принятую систему разработки.

Атмосферные осадки. Количество воды, поступающей в горные выработки при небольшой глубине залегания полезного ископаемого, находится. в прямой зависимоости от количества выпадающях атмосферных осадков. Осадки, особенно в период снеготаяния, проникают в горные выработки, расположенные на глубине 100—200 м от поверхности, обычно через несколько дней.

Влияние атмосферных осадков на обводненность месторождения подтверждается увеличением притоков в выработки в период выпадения осадков и ве снеготаяния на 30 — 40% а иногда на 200 —300% и больше по сравнению со средне годовым притоком.

Рельеф местности. Колебание притоков воды в горные выработки и степень водообильности зависят от высотного положения шахтного поля и изрезанности его овражно-балочной системой.

Наиболее обводненными являются горные выработки, расположенные под речными долинами.

Просачивание воды из поверхностных водотоков и водоемов. Источником обводненности горных выработок нередко являются открытые водотоки и водоемы, расположенные вблизи или непосредственно на месторождевии. В этом случае происходит фильтрация воды из открытых водотоков непосредственно или через аллювиальные отложения. Значительное увеличение просачивания воды наблюдаются в периоды прохождения в реке высоких весенних паводков.

Обнаженность коренных пород и состав покровных отложений. Если на месторождении отсутствуют мощные водоносные горизонты, то величина притока в горные выработки зависит от степени обнаженности коренных водопроводящих пород и мощности покровных суглинисто-глинистых отложений, изолирующих продуктивную толщу от поверхностных вод. При выдержанной мощности покровных отложений более 5м инфильтрация через них поверхностных вод почти отсутствует. Питание подземных вод обычно происходит в местах выхода на поверхность водопоглощающих коренных пород по склонам речек и балок. Район, где выходы коренных водопоглощающих пород составляют более 1 % от общей площади месторождения, считается обнаженным. Обводненность месторождения прямо пропорциональна обнаженности пород при одинаковой трещиноватости их в прочих равных условиях.

Литологический состав вмещающих пород. Литологический состав пород месторождения предопределяет его обводненность. Меньшей обводненностью характеризуются месторождения, сложенные пластами осадочных сцементированных пород (песчавиками, сланцами, аргиллитами, алевроли тами, прослоями извествяка и угля). Вода в них движется Гiо системе трещин. Наиболее интенсивный, быстро иссякающий приток воды в горные выработки поступает из прослоев известняка. Из песчаников и аргиллитов поступает обычно небольшой приток. Глинистые сланцы, алевролиты и угли, будучи более пластичными породами, являются водоупорвыми горизонтами, изолирующими смежные водоносные пласты.

Значительной обводненцостью характеризуются месторождения, в геологическом разрезе которых преобладают закарстованные известняки и другие легкорастворимые карстующиеся породы. Из них в горные выработки поступает сразу большое количество воды, причем приток часто приводит к временному затоплению части выработок, если до вскрытия этих пород не провести осушительных мероприятий.

Наиболее тяжелые гидрогеологические условия наблюдаются на месторождениях, сложенных рыхлыми обломочными породами, где пласт полезного ископаемого залегает между рыхлыми водопроницаемыми породами.

Тектоника района. Зоны тектонических нарушений в породах являются местами сосредоточенного, иногда катастрофического поступления воды в горные выработки.

Глубина горных выработок. В зависимости от геолого-гидрогеологических условий и интервала глубины приток воды и коэффициент водообильности с глубиной горных выработок могут и уменьшаться и увеличиваться.

Формы погребенного рельефа. Водообильность ряда месторождений обусловлена погребенньэми формами рельефа. древние размывы, выполненные в более позднее время хорошо фильтрующими отложениями, служат мощными коллекторами подземных вод. В подобных местах нередко осуществляется гидравлическая связь не только нескольких водоносных горизонтов, но также с поверхностными водотоками и водоемами.

Влияние старых затопленных выработок. Большие объемы подземных вод накапливаются в старых заброшенных вырабоках. Прорыв этих вод в действующие горные выработки является одной из наиболее распространенных причин частичного или полного затопления рудников. Такие прорывы носят часто катастрофический характер и сопровождаются выносом значительных масс обломочного материала, разрушением крепления выработок и рудничного оборудования.

Влияние незатампонированных разведочных скважин. По окончании бурения каждая разведочная скважина обычно ликвидируется, при этом из нее извлекаются обсадные трубы и она тампонируется жирной глиной или цементом, чтобы вода из водоносных горизонтов, залегающих среди пород кровли и почвы полезного ископаемого, не смогла прорваться в горные выработки при их проведении. При плохом тампонаже скважин в случае подработки последних горными выработками из них очень часто прорывается вода, в ряде случаев со значительным притоком.

Принятая система разработки. При работах с обрушением кровли сдвижение пород достигает дневной поверхности и на ней появляются воронки, зияющие трещины и т. п. В этих случаях необходимо проводить планировочные работы, ограждающие поверхность шахтного поля от скопления атмосферньэх осадков и сбрасываемых шахтных вод. На некоторых шахтах проводят посадку кровли в лавах в неблагоприятных гидрогеологических условиях: при близком залегании в кровле открытых водотоков или мощной толщи водоносных аллювиальных и флювиогляциальных песков. При расположении горных выработок в пределах долин рек чожно допустить обрушение над выработками только при наличии в кровле мощной толщи пластичных пород, в которых в зоне обрушения не создается открытых трещин.

Методы ботьбы с рудничными водами.

Нормальное ведение вскрышных и очистных работ невозможно без планового осуществления дренажных мерроприятий.

Многообразие геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий обусловливает и разнообразие способов осушенйя при разработке различных месторождений. Осушение может быть предварительное и параллельное, последнее совмещается с горными работами и осуществляется при сравнительно простых гидрогеологических условиях. Предварительное осушение выполняется при сложных гидрогеологических условиях — наличии в кровле и почве водоносных горизонтов значительной мощности, сложенных преимущественно песчаными разностями, нередко слабопроницаемыми, и осуществляется тремя способами: поверхностным, подземным и комбинированным.

Поверхностный способ сводится к бурению водопонижающих (на подрудный водоносный горизонт) и водопоглощающих (на надрудный водоносный горизонт) скважин; последние служат для сбрасывания воды из обводненной надрудной толщи в подрудный водоносный горизонт, из которого откачка проводится из водопонижающих скважин.

Подземный способ осушения осуществляется путем проходки по полезному ископаемому специальных дренажных выработок (штреков, уклонов и т. п.), в кровлю и почву которых устанавливаются забивные или сквозные фильтры, аэрирующие скважины и трубчатые колодцы, а чаще их комбинации.

Комбинированный способ сочетает в себе поверхностный и подземный способы осушения: часть воды из дренируемых водоносных горизонтов откачи с помощью скважин, а часть поступает в подземные выработки через забивные фильтры и другие дренажные устройства и затем откачивается на поверхность.

Использование рудничных вод.

Рудничные и шахтные воды обычно используются после смягчения для хозяйственно-технических целей, в отдельных случаях возможно использование их и для питьевого водоснабжения. В этом случае непосредственно в шахте устраивают специальный водозабор в местах выхода подземных вод из водоносного пласта, принимая необходимые меры, предохраняющие воду от загрязнения.

22