Развитие комплексного инженерно-геологического и микробиологического мониторинга на Яковлевском руднике для повышения безопасности ведения очистных работ под неосушенными водоносными горизонтами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.08, кандидат наук Алексеев, Иван Викторович

• Алексеев, Иван Викторович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Алексеев, Иван Викторович

ВВЕДЕНИЕ.........................................................5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЯКОВЛЕВСКОГО РУДНИКА В СВЯЗИ С РАЗВИТИЕМ ГОРНЫХ РАБОТ И ДОБЫЧЕЙ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД....................................................13

1.1 Оценка уровня достоверности изучения инженерно-геологических и

гидрогеологических условий Яковлевского рудника как основы для повышения безопасности ведения горных работ.................13

1.1.1 Понятие безопасности ведения горных работ.............13

1.1.2 Геологическая изученность месторождения...............20

1.1.3 Гидрогеологическая изученность месторождения..........24

1.2 Роль структурно-тектонического фактора в безопасности ведения горных

работ.......................................................29

1.3 Инженерно-геологическая оценка БЖР как продукта химического

выветривания железистых кварцитов и железорудных сланцев и воздействия на них вторичных процессов......................40

1.3.1 Особенности формирования богатых железных руд КМА.....40

1.3.2 Инженерно-геологическая характеристика богатых железных руд..45

1.3.3 Особенности инженерно-геологического строения рудной залежи..54

1.3.4 Роль вторичных процессов в изменении состояния и свойств БЖР.60

1.4 Роль подземных вод в оценке устойчивости горных выработок и развитии

микробных процессов.........................................61

1.5 Выводы по главе 1...........................................76

ГЛАВА 2 ЭНДОГЕННЫЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РУДНОМ ТЕЛЕ И ПЕРЕКРЫВАЮЩИХ ОТЛОЖЕНИЯХ..........................79

2.1 Особенности развития эндогенных процессов в горных выработках

Яковлевского рудника и их влияние на активность развития микробиологической деятельности.............................79

2.1.1 Особенности проявления радона на горизонтах -370 м и -425 м

Яковлевского рудника...............................................79

2.1.2 Возможность развития радиолиза горных пород, руд и

конструкционных материалов.........................................82

2.1.3 Воздействие радиоактивности на интенсификацию либо

ингибирование микробной деятельности........................87

2.2 Источники поступления микробиоты в рудное тело Яковлевского

рудника и факторы ее активизации............................95

2.2.1 Микроорганизмы кор химического выветривания...........95

3

2.2.2 Привнесенная микробиота...................................103

2.2.3 Факторы активизации микробной деятельности в рудном теле..108

2.3 Закономерности формирования микробных биопленок и их влияние на

состояние БЖР и развитие геофильтрационных процессов............112

2.3.1 Особенности формирования биопленок на дисперсных частицах.112

2.3.2 Влияние биопленок на состояние БЖР и развитие

геофильтрационных процессов.....................................120

2.4 Деятельность микроорганизмов при разрушении прочных руд и

конструкционных материалов......................................122

2.4.1 Биохимическое разрушение карбонатного цемента БЖР.........122

2.4.2 Специфика протекания биокоррозионных процессов

конструкционных материалов......................................124

2.5 Выводы по главе 2...............................................133

ГЛАВА 3 СТРУКТУРА И КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА............................135

3.1 Цели и задачи мониторинга.......................................135

3.2 Особенности проведения в горных выработках комплексного

мониторинга по оценке перетекания подземных вод и их влияния на активизацию микробной деятельности..........................138

3.2.1 Сравнительная оценка изменения интенсивности перетекания на горизонтах -370 и -425 м и его роль в активизации микробных процессов . 138

3.2.2 Прогнозирование изменения гидродинамических условий в

зависимости от технологии ведения закладочных работ.............153

3.3 Мониторинг экзогенных процессов в горных выработках с учетом

микробиологической деятельности............................162

3.3.1 Общие сведения о развитии микробиоты в подземном пространстве. 162

3.3.2 Особенности изучения деятельности микробиоты на Яковлевском

месторождении..............................................166

3.3.3 Специфика микробиологического мониторинга на руднике.169

3.4 Выводы по главе 3..........................................173

ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ МИКРОБНОГО ФАКТОРА НА УСТОЙЧИВОСТЬ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.....................................175

4.1 Результаты визуального обследования горных выработок.......175

4.2 Влияние деятельности микробиоты на конструкционные материалы (по данным анализа водных вытяжек и микробиологического опробования)... 177

4.2.1 Разрушение металлических конструкций.................177

4.2.2 Разрушение бетонов и железобетонов...................201

4.3 Особенности биокоррозионного разрушения в подземных выработках

бетонов и металлов по данным методов СЭМ и РФА.............213

4

4.4 Выводы по главе 4......................................

219

ГЛАВА 5 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ИНЖЕНЕРНО-

ГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА С УЧЕТОМ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТКАХ РУДНИКА...........................220

5.1 Совершенствование структуры и расширение содержания комплексного

инженерно-геологического мониторинга..........................220

5.2 Методика полевых исследований для оценки динамики протекания

коррозионных процессов путем закладки в БЖР опытных металлических пластин и образцов хлопчатобумажных тканей....................225

5.3 Обоснование положения зон для оценки коррозионной способности

подземной среды по отношению к металлам.......................229

5.4 Анализ результатов микологических и бактериологических исследований

проб БЖР и смывов с опытных металлических пластин.............230

5.5 Анализ результатов экспонирования опытных металлических пластин в

богатых железных рудах........................................236

5.6 Дополнительные исследования биокоррозионной активности богатых

железных руд..................................................243

5.7 Методические рекомендации по проведению микробиологического

мониторинга в подземных выработках рудника....................245

5.8 Выводы по главе 5.............................................248

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................251

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

257

5

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие комплексного инженерно-геологического и микробиологического мониторинга на Яковлевском руднике для повышения безопасности ведения очистных работ под неосушенными водоносными горизонтами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Яковлевское месторождение КМА относится к уникальным по запасам богатых железных руд (БЖР) и содержанию в них полезного компонента, а также по сложности инженерно-геологических условий, что определяется приуроченностью рудного тела к древним корам химического выветривания. В настоящее время горные работы на руднике ведутся под неосушенными водоносными горизонтами. При этом в нижнекаменноугольном горизонте, который залегает непосредственно над рудным телом, напоры воды достигают 370 м. Постоянное перетекание подземных вод этого горизонта в горные выработки сопровождается вторичным увлажнением богатых железных руд, которое приводит к активизации микробной деятельности в рудной толще, снижению прочности и устойчивости БЖР, вплоть до перехода наиболее слабых разностей в состояние плывунов.

На начало 2013 г. общая годовая добыча руд с содержанием полезного компонента 65% и более превысила 1 млн. т., что вызвало активизацию деформаций пород и руд на горизонтах ведения очистных работ, интенсификацию перетекания вод нижнекаменноугольного водоносного горизонта, оплывание БЖР в боках выработок. К 2020 г. планируется увеличить добычу железной руды до 4,5 млн. т.

В 2004 г. на руднике была впервые установлена микробная деятельность в подземных выработках горизонтов -425 и -370 м, связанная как с корами химического выветривания железистых кварцитов, так и с перекрывающей осадочной толщей. Позднее были начаты наблюдения за особенностями развития микроорганизмов, жизнедеятельность которых неблагоприятно сказывается на состоянии наиболее слабых руд, а также способствует развитию биокоррозии металлических крепей и бетонов закладочного материала. В 2005 г. Санкт-Петербургским Горным университетом для рудника был разработан регламент комплексного мониторинга, который включал два блока наблюдений - в подземных выработках и на земной поверхности в пределах шахтного поля.

6

Изучение состояния горных выработок на горизонтах -425 и -370 м позволило систематизировать инженерно-геологические процессы, определяющие безопасность ведения горных работ в условиях наращивания объема добычи полезного ископаемого.

Изучением инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых занимались П.М. Цимбаревич, Н.В. Мельников, С.П. Прохоров, Г.Г. Скворцов, В.Т. Глушко, Г.С. Золотарев, Г.А. Голодковская, Г.Л. Фисенко, Б.В. Смирнов, М.В. Сыроватко, Г.Н. Кузнецов, К.В. Руппенейт, В.Д. Ломтадзе, В.А. Мироненко, М.Е. Певзнер, И.П. Иванов, Р.Э. Дашко, Ю.М. Карташов, Ю.А. Норватов, Ю.И. Кутепов, Н.А. Кутепова и др. ученые.

При создании в 2005 г. регламента комплексного мониторинга на Яковлевском руднике контроль микробиологической деятельности в БЖР и подземных выработках не был включен в состав работ, поскольку эта проблема только начинала изучаться. Вместе с тем, как показали результаты дальнейших наблюдений, микробиота оказывает серьезное воздействие на все компоненты подземного пространства, играя важную роль в активизации и развитии опасных инженерно-геологических процессов в горных выработках.

Цель работы. Совершенствование структуры и содержания инженерногеологического и микробиологического мониторинга на Яковлевском руднике для повышения безопасности ведения горных работ в условиях увеличения объемов добычи БЖР.

Задачи исследований:

1. Совершенствование научно-практических основ комплексного инженерно-геологического и микробиологического мониторинга в подземных выработках Яковлевского рудника.

2. Исследование влияния микробной деятельности на преобразование БЖР, развитие и активизацию инженерно-геологических процессов в рудном теле, в том числе биокоррозионного разрушения металлических арочных крепей и бетонов закладочных смесей.

7

3. Оценка степени опасности инженерно-геологических процессов при воздействии микробиоты в условиях роста объемов добычи БЖР на Яковлевском руднике.

4. Изучение направленности коррозионных процессов по данным специализированных микробиологических исследований и химического анализа водных вытяжек из проб разрушенных конструкционных материалов.

Фактический материал и личный вклад автора. Диссертация является продолжением научных исследований кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Горного университета, проводимых на Яковлевском руднике с 1998 г. Автором работы был выполнен анализ большого количества фактических материалов, собранных по результатам полевых работ непосредственно на объекте исследования, изучены многочисленные фондовые и литературные источники, посвященные проблемам изучения инженерно-геологических, гидрогеологических условий Яковлевского железорудного месторождения и прогнозирования изменений таких условий в процессе добычи полезного ископаемого. Особое внимание уделено научным работам, посвященным подземной микробиологии, рассматривающей особенности эволюции микробных сообществ в подземной обстановке и их взаимодействие с другими компонентами подземного пространства — горными породами и грунтами, водами, газами и различными конструкциями. При непосредственном участии автора на Яковлевском руднике было проведено семь циклов гидрохимического и гидродинамического мониторинга (2010 - 2014 гг.), по результатам которых уточнены зоны различной степени интенсивности перетекания вод из неосушенного нижнекаменноугольного и осушенного в зоне ведения горных работ руднокристаллического горизонтов. В рамках комплексного инженерногеологического мониторинга проведено несколько этапов специализированной съемки проявлений и активизации природно-техногенных процессов в подземных выработках, включая коррозию конструкционных материалов под воздействием микробиоты (2010-2014 гг.). Автор участвовал в проведении на объекте радоновой съемки (2010 г.).

8

Основные методы исследований. Теоретические, полевые и лабораторные исследования в рамках комплексного инженерно-геологического мониторинга природно-техногенных процессов и водопроявлений в горных выработках; анализ данных наблюдений за гидродинамическими и гидрохимическими условиями основных водоносных горизонтов; лабораторные исследования состава подземных вод; приготовление водных вытяжек из проб разрушенных конструкционных материалов и их детальный химический анализ; специализированные микологические и бактериологические исследования проб вторичных образований, подземных вод и БЖР, отобранных в ходе обследования горных выработок, включающие определение численности и видового разнообразия микроорганизмов, анализ особенностей их метаболизма; полевые эксперименты по длительному экспонированию металлических пластин и образцов хлопчатобумажных тканей в разных типах железных руд с последующим их изучением с помощью специальных микробиологических и аналитических методов (смывов и посевов на питательные среды, взвешивания, сканирующей электронной микроскопии, рентгено-фазового анализа и др.); экспериментальное изучение состава, состояния и физико-механических свойств железных руд различного типа и их изменения под воздействием подземных вод и микробной деятельности.

Научная новизна:

Установлены основные источники поступления микробиоты в подземные выработки Яковлевского рудника и определены главные факторы ее активизации.

Выполнена инженерно-геологическая оценка негативной роли различных физиологических групп микроорганизмов, выявленных в рудном теле и в подземных выработках, в изменении состояния и свойств богатых железных руд, развитии плывунов, биокоррозии закладочных смесей и металлических крепей.

Разработаны научно-практические основы комплексного микробиологического мониторинга в горных выработках как основы

9

предупреждения и локализации опасных инженерно-геологических процессов и явлений; предложена методика полевых и лабораторных экспериментов по оценке агрессивности подземной среды и определению динамики биокоррозионного разрушения конструкционных материалов.

Впервые получены численные характеристики скорости биокоррозии металлов в горных выработках.

Защищаемые положения:

1. Совершенствование комплексного инженерно-геологического мониторинга на Яковлевском руднике должно базироваться на учете особенностей строения и свойств рудной залежи как образования древних кор химического выветривания, специфики ведения горных работ под неосушенными высоконапорными водоносными горизонтами в условиях интенсификации добычи железных руд и высокой степени физико-химической, химической и биохимической агрессивности компонентов подземной среды к конструкционным материалам.

2. Сложное сообщество микроорганизмов в рудном теле генерируется за счет природных биоценозов, связанных с формированием древних кор химического выветривания, переносом микробиоты подземными водами из неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта и гранитных тел, а также ее поступлением с техногенными источниками.

3. Деятельность микроорганизмов различного генезиса в рудном теле необходимо анализировать с позиций ее активизации под воздействием техногенного загрязнения и влияния на устойчивость богатых железных руд в горных выработках и водозащитном целике, а также деструкционной активности биоценозов по отношению к металлам, бетонам и дереву, в первую очередь — к арочным крепям.

Практическая значимость

Предложены новые методические подходы к проведению инженерногеологических исследований на месторождении богатых железных руд,

10 разрабатываемом подземным способом и характеризующемся интенсивным развитием микробной деятельности.

Выявлены основные инженерно-геологические факторы активизации подземной микробиоты, определяющие эксплуатационную надежность горных выработок, пройденных в древних корах химического выветривания железистых кварцитов и сланцев.

Установлена специфика инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождения при увеличении объемов добычи богатых железных руд и обоснована необходимость включения в структуру комплексного мониторинга специализированных исследований подземной микробиоты.

Разработана методика полевой оценки динамики коррозионных процессов путем закладки в БЖР опытных образцов материалов.

Даны методические рекомендации по проведению микробиологического мониторинга в подземных выработках рудника.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертационной работе, базируется на анализе фондовых и литературных источников, а также большого количества фактического материала, полученного в ходе длительных исследований инженерно-геологических и гидрогеологических условий Яковлевского месторождения. Выводы и рекомендации основаны на многочисленных экспериментальных работах, аналитической обработке данных комплексного инженерно-геологического мониторинга, который проводится на протяжении более 10 лет сотрудниками Горного университета, геологического и маркшейдерского отделов Яковлевского рудника. В диссертационной работе использованы результаты, полученные в ходе проведения научноисследовательских работ при непосредственном участии автора: «Комплексное использование природных ресурсов Яковлевского месторождения богатых железных руд для развития высокотехнологичного производства и выпуска продукции широкой номенклатуры)) (2011, 2012 гг.), «Научное сопровождение горных работ на Яковлевском руднике)) (2011, 2012 г.), «Геотехническое

11 прогнозирование влияния микробиотической деятельности на безопасность освоения и использования подземного пространства мегаполисов и горнопромышленных регионов» (2012 г.), «Научное сопровождение горных работ при освоении Яковлевского месторождения» (2013, 2014 гг.).

Реализация результатов исследований. Полученные результаты рекомендуются к применению для прогнозирования развития инженерно-геологических процессов, изучения вопросов устойчивости горных выработок и обоснования выбора конструкционных материалов при разработке подземным способом месторождений полезных ископаемых, приуроченных к корам химического выветривания и характеризующимся благоприятными для развития микробиоты условиями. Результаты исследований могут быть внедрены в практику работ на ООО «Металл-групп» Яковлевский рудник и предлагаются к использованию в научно-исследовательских и проектных организациях: институт «Центрогипроруда», г. Белгород; ФГУП ВИОГЕМ, г. Белгород; ООО «Институт Гипроникель», г. Санкт-Петербург; ОАО «Гипроруда», г. Санкт-Петербург.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» («Горный университет», Санкт-Петербург, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.), «Проблемы недропользования» (Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, 2013 г.), «Шестнадцатые Сергеевские чтения. - Развитие научных идей академика Е.М. Сергеева на современном этапе» (Институт геоэкологии имени Е.М. Сергеева РАН, Москва, 2014 г.), «Innovations in Mineral Ressource Value Chains - Geology, Mining, Processing, Economics, Safety, and Environmental Management» (TU Bergakademie Freiberg, Freiberg, Germany, 2014 г.), а также на заседаниях кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (Санкт-Петербург, 2011-2015 гг.).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 8 опубликованных работах, 3 из которых в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки России.

12

Структура работы. Диссертация изложена на 269 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 150 наименований, содержит 135 рисунков, 49 таблиц.

Автор выражает глубокую признательность за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы научному руководителю д.г.-м.н., проф. Р.Э.Дашко; благодарит всех сотрудников и членов кафедры гидрогеологии и инженерной геологии за обсуждение материалов диссертации и критические замечания к работе; главного гидрогеолога Д.А. Кирилловского и сотрудников геологического отдела Яковлевского рудника за помощь в проведении мониторинга; д.б.н., проф., заведующего лабораторией микологии и альгологии СПбГУ Д.Ю. Власова за помощь в проведении микробиологических исследований и анализе их результатов.

. 13

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ЯКОВЛЕВСКОГО РУДНИКА В СВЯЗИ С РАЗВИТИЕМ ГОРНЫХ РАБОТ И ДОБЫЧЕЙ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД

1.1 Оценка уровня достоверности изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий Яковлевского рудника как основы для повышения безопасности ведения горных работ

1.1.1 Понятие безопасности ведения горных работ

При изучении месторождений полезных ископаемых выявляют и оценивают их различные природные особенности: орогидрографию, геологическое строение, горные породы, подземные воды и газы, геодинамические процессы и явления, полезное ископаемое, естественное напряженное состояние, тектоническую обстановку и др. При этом говорят об инженерно-геологических условиях строительства и эксплуатации месторождения, в горно-строительной и горноэксплуатационной практике часто называемых горно-геологическими. Этим подчеркивается специфичность вопросов и задач инженерной геологии в горном деле, где на первый план выступают задачи по оценке горных пород и их массивов как среды производства инженерных работ и размещения сооружений. Соответственно, горные породы и слагаемые ими массивы становятся главными конструкционными элементами самих сооружений - горных выработок. Надежность последних в работе и совокупность мероприятий по поддержанию их в работоспособном состоянии зависят от геолого-структурных характеристик массивов. Кроме того, горные выработки на протяжении всего срока эксплуатации оказывают воздействие на состояние горных пород, сказываются на масштабах, формах проявления и активности инженерно-геологических процессов и явлений. С последними связаны все наиболее серьезные нарушения непрерывности технологического процесса, условий безопасности ведения

14 горных работ, а также значительные потери полезного ископаемого при его добыче [45,60,69].

Понятие безопасности ведения горных работ может быть рассмотрено с двух позиций: с позиции охраны труда, где главным объектом внимания является работник и его рабочее место, и с позиции промышленной безопасности, ключевым понятием которой является опасный производственный объект, авария на котором может привести к травме (гибели) не только обслуживающих этот объект работников, но и к тяжелым последствиям за пределами его нахождения [72,89].

В сфере охраны труда считается, что любой вид деятельности человека потенциально опасен и может быть источником негативных воздействий, вызывать травмы, заболевания, а порой и летальный исход. Под опасностью понимается негативное свойство живой и неживой материи, способное причинять вред людям, природной среде, материальным ценностям. В понятие безопасности, соответственно, входит состояние деятельности, при которой с определенной вероятностью исключаются потенциальные опасности, влияющие на здоровье человека. Под ней понимают комплексную систему мер по защите человека и производственной среды от опасностей, формируемых конкретной деятельностью. Чем сложнее вид деятельности, тем более комплексна система защиты. В условиях горного производства на открытых и подземных разработках обеспечение безопасности играет особо важную роль [89].

Горные предприятия традиционно отличаются наличием многочисленных опасных факторов и считаются одним из самых опасных производств. Высокая опасность объясняется, прежде всего, инженерно-геологическими условиями, в которых ведутся подземные горные работы, при этом факторы, относящиеся к промышленной безопасности, должны рассматриваться отдельно (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Основные инженерно-геологические условия месторождений и связанные с ними факторы опасности [45,69,72,77,96]

Инженерногеологические условия Общие факторы опасности Факторы опасности на Яковлевском руднике

Примеры факторов и их краткая характеристика Степень значимости в вопросе обеспечения безопасности

1 2 3 4

L Физико-географические условия: климат, рельеф, гидрология Проявления различных экзогенных процессов: эрозии, абразии, карста, выветривания, оползней, селей, плывунов, суффозии, мерзлотных, заболачивания Рельеф, климат и гидрология оказывают слабое воздействие на ведение горных работ вследствие значительной глубины залегания полезного ископаемого (более 600 м). Температура и влажность воздуха в горных выработках в течение года остаются практически постоянными, за исключением околоствольного двора, где наблюдаются небольшие сезонные колебания, связанные с особенностями вентиляции. К основной опасности можно отнести плохое проветривание ряда горных выработок или его полное отсутствие, что благоприятствует развитию застойных явлений, повышенной запыленности воздуха и активизации микробиологической деятельности. Низкая значимость

2. Геологические условия: литология пород и условия их залегания; тектоническая обстановка; газоносность; физикомеханические свойства вмещающих пород и полезного ископаемого Возможность деформаций и обрушения в выработках горных пород которые ненадежно удерживаются из-за отсутствия крепи, плохого ее состояния или вследствие неправильно выбранных параметров горных работ; поступление и концентрирование различных газов (метана, углекислого газа, радона), некоторые из которых взрывчаты, ядовиты или радиоактивны Вывалы в кровле и боках горных выработок, обусловленные спецификой состояния и физикомеханических свойств богатых железных руд и вмещающих пород, особенностями их залегания и интенсивностью тектонической нарушенности. Деформации оседания водозащитного целика Высокая значимость

Поступление биохимического сероводорода в горные выработки, рассматриваемое с позиции агрессивности данного компонента по отношению к бетонам и металлам конструкций Средняя значимость

Продолжение Таблицы 1.1

1 2 3 4

Эксгаляции радона, приуроченные к зонам тектонических нарушений - в повышенных концентрациях представляют опасность для здоровья занятого на производстве персоналд а в небольших дозах (менее 105 Бк/дм\ на Яковлевском руднике - до 86 Бк/дм^), способствуют протеканию радиолитических процессов в горных породах, рудах и конструкционных материалах, а также активизации микробной деятельности в рудном теле Проблематично опасный характер

3. Гидрогеологические условия: гидростатическое и гидродинамическое давление, обводненность пород Притоки подземных вод которые могут значительно осложнять условия горных работ, вплоть до аварийной остановки предприятия вследствие затопления выработок; фильтрационное деформирование и разрушение горных пород прорывы глины, пульпы, закладки, плывунов Повышенные водопритоки в горные выработки, связанные с ведением очистных работ под неосушенными водоносными горизонтами, гидравлически связанными между собой и обладающими высокими напорами. Угроза прорывов в подземные выработки вод из неосушенного высоконапорного нижнекаменноугольного водоносного горизонта Высокая значимость

4. Инженерногеологические процессы и явления Г Гравитационные явления, связанные с проявлением горного давления. 2. Гидродинамические явления, вызываемые нарушением гидрогеологического режима водоносных горизонтов. 3. Гидрохимические явления, обусловленные нарушением влажностного режимд химического состава поровой влаги и минерального состава. 4. Геотермические явления, наблюдаемые при нарушении температурного режима горных пород Гравитационные процессы в виде сдвижения горных пород, деформаций подземных выработок и образующихся в кровле куполов обрушения, которые наблюдаются преимущественно в местах залегания слабых железнослюдково-мартитовых руд («синею)), на контактах прочных материнских пород и БЖР, а также при наличии неблагоприятно ориентированных плоскостей ослабления, круто залегающих слоев и вторичного увлажнения по трещинам Высокая значимость

Геофильтрационные процессы, проявляющиеся в виде: фильтрационных деформаций в рыхлых и полурыхлых БЖР при осушении руднокристаллического горизонта и нисходящем перетекании подземных вод; плывунов в рыхлых разностях БЖР при их вторичном увлажнении и активизации микробной деятельности; суффозионного размыва Средняя значимость

Продолжение Таблицы 1.1

2 3 4

Гидрохимические процессы, затрагивающие биокоррозию конструкционных материалов, а также выщелачивание карбонатного цемента прочных разностей железных руд, выступающих жестким каркасом водозащитного целика, при перетекании маломинерализованных вод нижнекаменноугольного горизонта, обогащенных агрессивной углекислотой и сероводородом биохимического происхождения Средняя значимость

Микробиологическая деятельность, оказывающая влияние на развитие биохимических и физико-химических процессов в породах и рудах, ускоряющая биокоррозионное разрушение конструкционных материалов (металлов арочных крежй и бетонов закладки) Высокая значимость

5. Естественное напряженное состояние горных пород Сейсмические явления, горные удары, стреляние горных пород, выпор Не развиты вследствие высокой степени дезинтегрированности и тектонической нарушенности пород кристаллического фундамента Низкая значимость

18

Для обеспечения безопасности производственной деятельности решаются следующие задачи:

1. Детальный анализ опасностей, формируемых в подземной среде: установление элементов инженерно-геологических условий территории как источников опасности и их оценка по качественным и количественным, показателям в пространстве и времени.

2. Разработка эффективных мер защиты человека и подземной среды от выявленных опасностей.

3. Совершенствование мер защиты от остаточного риска горной деятельности (технологического процесса). Необходимость их реализации диктуется обеспечением полной и максимально возможной безопасности деятельности человека.

В условиях функционирования Яковлевского рудника первые две задачи решаются в рамках действующего комплексного инженерно-геологического мониторинга подземного пространства, тогда как третья задача находится в ведении аварийно-спасательных служб предприятия [72].

С принятием в 1997 г. Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» промышленная безопасность как система мероприятий, направленных на предупреждение техногенных аварий, т.е. аварий, связанных с производственной деятельностью, стала самостоятельной отраслью науки и предметом практической деятельности.

Установлено пять категорий опасных производственных объектов, к одной из которой относятся предприятия, где ведутся горные работы, в том числе, как в случае Яковлевского рудника, работы в подземных условиях.

Одним из основных условий обеспечения безопасности при проведении горных выработок является правильно выбранная технология ведения работ с учетом инженерно-геологических условий [96]. Охрана труда при горных работах также подразумевает проветривание горных выработок с тем, чтобы состав, скорость и температура воздуха соответствовала требованиям правил безопасности; защиту от неблагоприятных метеорологических условий, т.е.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алексеев, Иван Викторович, 2015 год

Фондовые источники

138. Отчет о геолого-разведочных и поисковых работах на Яковлевском железорудном месторождении КМА по состоянию на 1 октября 1958 / Чайкин

С.И., Саар А.А. и др. - 1958. - Кн.1 и 2.

139. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка рекомендаций по снижению негативного влияния водопонижения на горно-технические сооружения Яковлевского подземного рудника на основе контроля и оперативного прогноза процессов сдвижения массива» (заключительный) / Комитет РФ по металлургии НПО «ВИОГЕМ» Научно-исследовательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, защите инженерных сооружений от обводнения, специальным горным работам, геомеханике, геофизике, гидротехнике, геологии и маркшейдерскому делу. И.о. зам. директора по научной работе проф. Стрельцов В.И. — Белгород, 1992.

140. Отчет о НИР «Авторский надзор за внедрением «Указаний по выбору типа и параметров крепи горных выработок» и «Регламента технологических процессов при возведении крепи в горизонтальных выработках». Дополнение к отчету этапа 6 №03/16-43 от 05.03.2011 / Руковод. этапа - А.Г. Протосеня, - СПб: Горный университет, 2012.

141. Отчет о НИР «Научное сопровождение горных работ на Яковлевском руднике» / Науч, руковод. этапов проф. Дашко Р.Э. — СПб, 2011.

142. Отчет о НИР «Научное сопровождение горных работ на Яковлевском руднике» / Науч, руковод. этапов проф. Дашко Р.Э. - СПб, 2012.

143. Отчет о НИР «Научное сопровождение горных работ на Яковлевском руднике» / Науч, руковод. этапов проф. Дашко Р.Э. - СПб, 2013.

144. Отчет о НИР «Научное сопровождение горных работ на Яковлевском руднике». «Комплексный гидродинамический и гидрогеохимический мониторинг для изучения и предупреждения опасных горно-геологических процессов и биокоррозии конструкционных материалов (бетонов и металлических крепей)» / Науч, руковод. этапов проф. Дашко Р.Э. - СПб, 2014.

145. Отчет о НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» СПГГИ (ТУ) / Науч, руковод. проф. Трушко В.Л. - СПб, 2003.

146. Отчет о НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» СПГГИ (ТУ) / Науч, руковод. проф. Трушко В.Л. - СПб, 2004.

147. Отчет о НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» СПГГИ (ТУ) / Науч, руковод. проф. Трушко В.Л. - СПб, 2005.

148. Отчет о НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» СПГГИ (ТУ) / Науч, руковод. проф. Трушко В.Л. - СПб, 2006.

149. Отчет о НИР «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» СПГГИ (ТУ) / Науч, руковод. проф. Трушко В.Л. - СПб, 2009.

150. Отчет по теме «Исследование условий обводненности и разработка параметров системы дренажа Яковлевского железорудного месторождения КМА». Т.1. Комитет РФ по металлургии ГЛАВРУДА Всесоюзный научноисследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу / Зам. директора по научной работе проф. Натаров В.Д. - Белгород, 1972.