Геофильтрационное моделирование для обоснования безопасной отработки Яковлевского железорудного месторождения КМА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Уникальное по запасам Яковлевское железорудное месторождение Курской магнитной аномалии приурочено к полосе длиной 40 км, шириной в среднем 440 м, мощность рудных пластов варьирует от 50 до 465 м. Богатые железные руды приурочены к кристаллическому фундаменту и залегают на глубине 470–550 м с углом падения 60°–70°. Промышленная добыча начата в 2005 г. Яковлевским подземным рудником системой с закладкой выработанного пространства. Отработка ведется в очень сложных гидрогеологических условиях: в кровле продуктивного горизонта находится высоко напорная многопластовая система Днепровско-Донецкого артезианского бассейна. Непосредственно на породах фундамента залегает нижнекаменноугольный водоносный горизонт (в естественных условиях с напором до 440 м), надежный выдержанный водоупор отсутствует: разделяющая слабопроницаемая толща представлена глинистыми отложениями (мощностью от 0.2 до 30 м) и плотными карбонатизированными образованиями в кровле руднокристаллической толщи (мощностью от 0 до 60 м). Осушение разрабатываемого участка месторождения осуществляется подземным способом путем дренирования только рудного тела с использованием горизонтальных и наклонно-восстающих скважин. Отработка месторождения уже привела к существенному снижению уровней подземных вод, изменению фильтрационных параметров разделяющей защитной толщи. Возможность расширения фронта добычных работ как по площади, так и по глубине требует серьезного гидрогеологического обоснования. Дальнейшее освоение Яковлевского месторождения может осуществляться путем увеличения глубины отработки (до горизонта –525 м) или выемкой предохранительного целика в интервале от –300 до –370 м. Реализация этих вариантов потребует предварительного осушения нижнекаменноугольного водоносного горизонта, расход такого водопонижения составит около 3 тыс м3/ч, и приведет к формированию обширной депрессионной воронки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Рыбников

Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: ribnikoff@yandex.ru
Россия, ул. Мамина-Сибиряка, 58, Екатеринбург, 620075

Л. С. Рыбникова

Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук

Email: luserib@mail.ru
Россия, ул. Мамина-Сибиряка, 58, Екатеринбург, 620075

Список литературы

  1. Анализ гидрогеомеханических условий шахтного поля Яковлевского месторождения, оценка качества массива горных пород и принятых систем разработки железных руд. Белгород: ООО НТЦ “НОВОТЭК”, 2002.
  2. Гензель Г.Н., Еланцева Л.А., Зайцев Д.А. Создание численной геофильтрационной модели Яковлевского месторождения и прогноз притоков подземных вод в проектируемые горные выработки. Белгород: ООО НТЦ “НОВОТЭК”, 2018.
  3. Гензель Г.Н., Осипенко Ю.С., Еланцева Л.А. Выполнить обоснование безопасных условий отработки Яковлевского железорудного месторождения под неосушенным нижнекарбоновым водоносным комплексом без сооружения водонепроницаемых перемычек. Согласование результатов в Госгортехнадзоре России. Белгород: ООО НТЦ “НОВОТЭК”, 2004. 121 с.
  4. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии (КМА). А.Т. Бобрышева (ред.). М.: Недра, 1972. Т. II. 480 c.
  5. Гидрогеология СССР. Воронежская, Курская, Белгородская, Орловская, Липецкая, Тамбовская области. А.Т. Бобрышева (ред.). М.: Недра, 1972. Т. IV. 498 с.
  6. Голубничий Д.В., Гилязев Д.Х, Игнатенко И.М., Хаустов В.В. Особенности обеспечения экологической безопасности подземной разработки Яковлевского месторождения богатых железных руд // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геология. 2023. № 2. С. 94–103.
  7. Григорьев А.М., Зотеев О.В., Макаров А.Б. Геомеханическое обоснование мониторинга массива при разработке руд Яковлевского месторождения КМА под неосушенными водоносными горизонтами // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № S4. С. 27–37.
  8. Гуркин А.Я. Исследование эффективности дренажных систем в сложных условиях осушения на примере Яковлевского месторождения КМА: автореф. дис. … канд. тех. наук / Моск. ин-т радиоэлектроники и горной электромеханики. М.: [б. и.], 1964. 17 с.
  9. Гусев В.Н., Илюхин Д.А., Журавлев А.Е. Оценка степени нарушенности подрабатываемой толщи техногенными водопроводящими трещинами по данным геомеханического мониторинга в горных выработках Яковлевского рудника // Записки Горного института. 2013. Т. 204. С. 74–81.
  10. Гусев В.Н. Прогноз безопасных условий разработки свиты угольных пластов под водными объектами на основе геомеханики техногенных водопроводящих трещин // Записки Горного института. 2016. Т. 221. С. 638–643.
  11. Дашко Р.Э. Инженерно-геологическая характеристика и оценка богатых железных руд Яковлевского рудника // Записки Горного института. СПб. 2006. Т. 168. С. 97–104.
  12. Дашко Р.Э., Феллер Е.Н. Геотехническая и инженерно-геологическая оценка безопасности добычи богатых железных руд на Яковлевском руднике (Курская магнитная аномалия) // Геотехника. 2013. № 5–6. С. 26–38.
  13. Дашко Р.Э., Феллер Е.Н. Формирование и развитие горно-геологических процессов в зависимости от изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий на Яковлевском руднике // Записки Горного института. 2012. Т. 199. С. 151–160.
  14. Ефремов Е.Ю., Рыбников П.А., Рыбникова Л.С. Обоснование осушения гидрогеодинамической системы “водовмещающие отложения – дезинтегрированный массив” при подземной разработке железорудных месторождений // Успехи современного естествознания. 2023. № 3. С. 47–57.
  15. Журин С.Н. Управление состоянием массива при подземной отработке месторождений руд черных металлов в сложных гидрогеологических условиях: aвтореф. дис. … докт. техн. н. М.: МГГУ, 1998. 45 с.
  16. Зотеев О.В. Обоснование безопасной отработки центрального участка Яковлевского месторождения при расширении границ выемки до гор. –525 м и существующего горного отвода по флангам. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2020. 206 с.
  17. Зотеев О.В. Обоснование безопасных и эффективных условий отработки Яковлевского железорудного месторождения под водоносным горизонтом. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2007. 110 с.
  18. Зотеев О.В., Макаров А.Б., Фаустов С.И. Проблемы отработки Яковлевского железорудного месторождения // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2008. № 8. С. 4–8.
  19. Илюхин Д.А. Прогноз развития зоны водопроводящих трещин при разработке Яковлевского месторождения богатых железных руд: дис. канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2014. 125 с.
  20. Котлов С.Н., Целищев Н.А., Сотник Е.А., Гилязев Д.Х. Геолого-гидрогеологические факторы формирования водопритоков в горные выработки Яковлевского рудника рудника // Горный журнал. 2023. № 5. С. 108–113.
  21. Крамчанинов Н.Н., Петин А.Н., Погорельцев И.А. Анализ состояния подземных вод горнопромышленного района КМА на территории Белгородской области // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Естественные науки. 2011. № 9 (104). С. 166–172.
  22. Петров Д.Н. Формирование напряженно-деформированного состояния горного массива до и после осушения // Записки Горного института. 2011. Т. 190. С. 232–239.
  23. Протосеня А.Г., Петров Д.Н., Синякин К.Г., Мартемьянов Г.А. Натурные наблюдения за осадкой рудной потолочины при ведении горных работ на Яковлевском руднике // Записки Горного института. 2011. Т. 190. С. 158–162.
  24. Протосеня А.Г., Потемкин Д.А. Геомеханическое обоснование параметров водозащитной потолочины и защитного перекрытия при освоении Яковлевского месторождения // Записки Горного института. 2006. № 3. Т. 168. C. 127–136.
  25. Разработка рекомендаций по совершенствованию системы осушения шахтного поля в процессе строительства Яковлевского рудника / [Кол. авт. Забейда М.А., Зубова А.В., Еланцева Л.А. и др.]. Белгород: ВИОГЕМ, 1990. 321 с.
  26. Сергеев С.В., Лябах А.И., Зайцев Д.А. Опыт разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Естественные науки. 2011. № 3 (98). С. 200–208.
  27. Сергеев С.В., Лябах А.И., Квачев В.Н., Севрюков В.В. Геолого-гидрогеологическая характеристика Яковлевского месторождения // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Естественные науки. 2011. № 9 (104). С. 147–154.
  28. Сергеев С.В. Формирование горного давления при вскрытии месторождений КМА // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Естественные науки. 2008. № 3 (43). С. 197–202.
  29. Соколов И.В., Смирнов А.А., Антипин Ю.Г., Никитин И.В. О формировании предохранительной подушки при отработке подкарьерных запасов трубки “Удачная” системами с обрушением // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2023. № 2. С. 322–334.
  30. Трубицын Д.С., Дешевых Г.Ю. Гидрогеологическое районирование территории южной части ЦФО с уточнением границ структур II, III порядков // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Геология. 2021. № 2. C. 83–93.
  31. Трушко В.Л., Протосеня А.Г., Дашко Р.Э. Геомеханические и гидрогеологические проблемы освоения Яковлевского месторождения // Записки Горного института. 2010. Т. 185. С. 9–18.
  32. Трушко В.Л., Трушко О.В. Комплексное освоение железорудных месторождений на основе конкурентоспособных подземных геотехнологий // Записки Горного института. 2021. Т. 250. C. 569–577.
  33. Трушко О.В., Стрелецкий А.В. Моделирование напряженно-деформированного состояния рудного массива Яковлевского рудника при ведении горных работ под защитным перекрытием // Записки Горного института. 2012. Т. 199. С. 60–63.
  34. Тютюкова В.А., Голубничий Д.В., Гилязев Д.Х. Определение оседаний земной поверхности по результатам совместной интерферометрической обработки данных космического радиолокационного зондирования Земли со спутников Sentinel-1a и Sentinel-1b // Маркшейдерия и недропользование. 2023. № 2 (124). С. 69–75.
  35. Устюгов Д.Л. Постояннодействующая гидродинамическая модель Яковлевского месторождения богатых железных руд (Курская магнитная аномалия) // Записки Горного института. 2013. Т. 200. С. 332–335.
  36. Anderson M.P., Woessner W.W., Hunt R.J. Applied Groundwater Modeling Simulation of Flow and Advective Transport. Academic Press; Second Edition. 2015. 564 p.
  37. Gambolati G., Teatini P. Geomechanics of subsurface water withdrawal and injection // Water Resour. 2015. N 51. Р. 3922–3955.
  38. Minderhoud P.S.J., Erkens G., Pham V.H., et al. Impacts of 25 years of groundwater extraction on subsidence in the Mekong delta, Vietnam // Environ Res Lett. 2017. 12(6):064006. 14 р.
  39. Pratt W.E., Johnson D.W. Local Subsidence of the Goose Creek Oil Field // Journal of Geology. 1926. V. 34. P. 577–590.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Основные этапы развития горнодобывающих и научно-исследовательских работ на Яковлевском месторождении.

Скачать (297KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Гидрогеологический разрез Днепровско-Донецкого артезианского бассейна [31]. 1 – суглинки; 2 – переслаивание песков и глин; 3 – мел; 4 – мергель; 5 – глины; 6 – песчаные глины; 8 – песчаники; 9 – известняки; 10 руды; 11 – кварциты; 12 – кристаллические сланцы; 13 – граниты; 14 – пьезометрический уровень водоносных горизонтов.

Скачать (566KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Геологический разрез по линии 29 [9]. a, b, c, d – контур отработки между горизонтом –370 м и горизонтом –425 м; S1, S2, S3, S4 – контуры богатых железных руд.

Скачать (948KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Геофильтрационная схема участка отработки Яковлевского месторождения.

Скачать (481KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение уровней подземных вод в нижнекаменноугольном водоносном горизонте (врезка на центральную часть): а – современное состояние; б – вариант № 1 (отработка в интервале –370 ÷ –425 м); в – вариант № 2 (отработка в интервале –425 ÷ –525 м); г – вариант № 3 (отработка целика). 1 – горные выработки, 2 – контур железорудной полосы, 3 – гидроизопьезы.

Скачать (867KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Балансовые составляющие (Q, м3/ч, PR – водоприток из руднокристаллического горизонта; C1 – водоприток из нижнекаменноугольного горизонта с учетом перетекания из келловейского) и уровни подземных вод (абс. отм., м, C1 – нижнекаменноугольный горизонт, J – келловейский горизонт) при реализации сценариев отработки: вариант № 1, отработка в интервале –370 ÷ –425 м; вариант № 2, отработка в интервале –425 ÷ –525 м; вариант № 3, отработка целика.

Скачать (497KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изменение значения коэффициента фильтрации разделяющей толщи, полученного при гидрогеологических расчетах. Организация, проводившая работы: ЦНГ – ЦНИИгоросушение [8]; ВГМ – ВИОГЕМ [25]; НВТ – НТЦ НОВОТЭК [1, 2]; ИГД – ИГД УрО РАН [16].

Скачать (97KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».