Особенности инженерно-геологического изучения массивов скальных пород в целях проектирования глубоких карьеров на примере Ковдорского месторождения магнетитовых и апатитовых руд. Часть 1

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

ГЕОЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ

УДК 551.24.035, 622.271

ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ МАССИВОВ СКАЛЬНЫХ ПОРОД В ЦЕЛЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ НА ПРИМЕРЕ КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ И АПАТИТОВЫХ РУД. ЧАСТЬ 1*

Д. В. Жиров1, Г. С. Мелихова2, В. В. Рыбин3, В. А. Сохарев4, С. А. Климов1

ХФГБУН Геологический институт КНЦ РАН 2ОАО «Мурманская геологоразведочная экспедиция» 3ФГБУН Горный институт КНЦ РАН 4АО «Ковдорский ГОК»

Аннотация

В первой части статьи рассмотрены особенности инженерно-геологических и геомеханических исследований массива пород месторождения при разработке и эксплуатации глубоких карьеров, а также основные черты разрывной тектоники Ковдорского месторождения магнетитовых и апатитовых руд (карьера рудника Железный). Выделены и описаны главные факторы опасности для устойчивости глубоких карьеров. Выполненные междисциплинарные исследования позволили определить и протестировать комплекс инженерно-геологических и геомеханических исследований, а также мероприятий по мониторингу геологической обстановки в целях проектирования и безопасной эксплуатации глубоких карьеров. Потенциальные риски нарушения устойчивости и целостности уступов и борта карьера значительно снижаются за счет достижения принципиально лучшего, по сравнению с традиционным подходом, уровня информативности, детальности, точности и достоверности данных об инженерно-геологических, геомеханических и структурных параметрах во всем объеме приконтурного массива пород, вовлеченного в процесс проектирования. Это позволяет обоснованно и дифференцированно формировать конструкцию всех участков борта карьера с учетом их индивидуальных особенностей. Ключевые слова:

глубокие карьеры, перепроектирование, геомеханический, поле напряжений, инженерный, месторождение, разломы, трещиноватость.

PECULIARITIES OF THE ENGINEERING-GEOLOGICAL STUDIES OF ROCK MASSIFS FOR DESIGNING / REDESIGNING DEEP OPEN PITS EXEMPLIFIED WITH THE KOVDOR DEPOSIT OF MAGNETITE AND APATITE ORES (KOVDOR ALKALINE-ULTRABASIC MASSIF, NE OF THE FENNOSCANDIAN SHIELD). PART 1

Dmitry V. Zhirov1, Galina S. Melikhova2, Vadim V. Rybin3, Victor A. Soharev4, Sergey A. Klimov1

Geological Institute of the KSC RAS 2"MGRE" Stock Company 3Mining Institute of the KSC RAS 4"Kovdorsky GOK" Stock Company

Abstract

The first part of this paper considers particularities of geotechnical and geomechanical surveys of the deposit rock bodies in order to design and mine deep quarries, as well as main features of the Kovdor deposit fault tectonics of the Kovdor baddeleyite-apatite-magnetite deposit (Kovdor ultramafic-alkaline intrusion, NE of the Fennoscandian shield). The significant principal

* Исследования выполнены в рамках темы НИР № 0231-2015-0013.

factors of dangers for stability of deep open pits were singled out and described. Interdisciplinary studies at the Zhelezny Mine of the Kovdor deposit have allowed designing and successive testing a complex geotechnical and geomechanical research method, as well as monitoring the geological setting in order to design and operate deep open pits. Potential risks of disturbing the stability and integrity of the open pit design can be reduced significantly by achieving a principally better level of detail, accuracy, information content and reliability of data on geotechnical, geomechanical and structural parameters in the whole bulk of the peripheral rock mass involved into the designing process as compared to the conventional approach. This allows for rational and differentiated creating the design of the open pit walls taking all their individual features into account.

Keywords:

deep open pits, redesign, geomechanical, stress field, engineering, faults, deposit, fissuring.

Введение

Современное состояние дел с невозобновляемыми минеральными ресурсами характеризуется несколькими негативными тенденциями, среди которых наиболее важными считаются: истощение сырьевой базы, ухудшение (деградация) горнотехнических и геологических условий добычи, а также резкий рост её ресурсоемкости (удельных расходов энергии, материалов, оборудования, финансов и др.).

Как известно, уровень добычи большинства полезных ископаемых обеспечивают преимущественно крупные и уникальные месторождения. Так, всего две сотни из нескольких десятков тысяч известных в России месторождений дают вклад более 65 % от общих запасов и более 85 % от годового выпуска [1]. Однако в отечественной горной промышленности к началу 2000-х гг. наметилась проблема, связанная с исчерпанием запасов по действующим проектам и истощением наиболее богатой и рентабельной приповерхностной части месторождений. Эти же тенденции характерны и в масштабе всего мира. Число месторождений мирового класса ограничено, и, как показывает практика, для компенсации погашенных запасов на одном из них необходимо разведать и ввести в строй несколько средних-малых сырьевых объектов, освоение которых требует в расчете на удельные показатели (тонну подготовленных запасов, тонну извлекаемого полезного ископаемого и т. п.) гораздо больших инвестиций и других видов ресурсов.

Для многих развитых горнопромышленных регионов, в том числе для Кольского региона России (СВ Фенноскандинавского щита), социально-экономическое состояние и будущее развитие напрямую зависят от возможности эффективной отработки глубоких горизонтов месторождений-гигантов. Необходимо отметить, что практически всегда геологические запасы крупных месторождений значительно превышают извлекаемые запасы по действующим проектам, поэтому по мере приближения горных работ к конечному контуру карьера остро встает вопрос выбора наиболее рационального и эффективного способа дальнейшего развития рудника с учетом обеспечения требуемого уровня безопасности [2] (рис. 1).

Переход на подземный способ добычи (вариант С) требует заблаговременного инвестирования значительных средств на весьма длительный срок (годы - первые десятки лет) в подготовительную горно-капитальную инфраструктуру. Чаще всего, это хороший вариант для месторождений высоколиквидных полезных ископаемых с высокой удельной стоимостью руды и её компактным залеганием. Однако в реальной жизни вопрос о дальнейшей судьбе месторождения возникает, как правило, внезапно, в наименее благоприятный период.

Проектирование нового карьера за счет разноски бортов с сохранением нормативных значений их среднего угла наклона (вариант B) - также весьма затратный путь по материальным и трудовым ресурсам. При этом значительно увеличивающийся коэффициент вскрыши часто выводит экономику проекта за пределы окупаемости.

Вариант D предусматривает оптимизацию бортов карьера с обоснованием максимально возможных углов уступов и бортов [3]. Последний вариант экономически и технологически наиболее привлекателен, так как позволяет проводить его реализацию постепенно, без остановки

добычи и кардинальной перестройки режима эксплуатации и инфраструктуры рудника. Однако он требует упреждающей детальной проработки целого комплекса вопросов и проблем с целью обоснования предельных параметров бортов карьера. При этом необходимо обеспечить надежный уровень безопасности и защиты от проявлений опасных геолого-геофизических явлений и процессов. Это предопределяет необходимость проведения предварительных инженерно-геологических и геомеханических изысканий, результаты которых должны стать базой для проектирования экономически эффективного и безопасного глубокого карьера.

••XX \ \ Руда \ XX \ у! д ' В / / V /

с ^ х \ о/ / \ < X

\\ .....ГУ

--------------------------------------х

Рис. 1. Схема вариантов освоения глубоких горизонтов крупных месторождений:

А - проектный контур действующего карьера; В - вариант проектного контура глубокого карьера за счет разноски бортов (нормативные значения средних углов бортов с запасом прочности); С - вариант строительства подземного рудника; D - вариант проектного контура глубокого карьера с максимальными углами устойчивых бортов

Настоящая работа посвящена научно-методическим и технологическим аспектам проведения упреждающих инженерно-геологических и геомеханических изысканий в целях проектирования / перепроектирования глубоких карьеров с обеспечением требуемого уровня безопасности.

Особенности инженерно-геологических и геомеханических исследований массива пород месторождения в целях проектирования и эксплуатации глубоких карьеров

Очевидно, что условия эксплуатации карьеров обычной глубины (до 250-300 м) и глубоких / сверхглубоких карьеров (от 250-300 до 1 тыс. и более метров от поверхности) принципиально различаются. Однако вопросы, учитывающие специфику и особенности инженерно-геологических изысканий в целях надежного обоснования проекта и безопасной эксплуатации глубоких горизонтов месторождения карьером, методически пока ещё недостаточно проработаны. Требования к изучению не делают разницы между карьерами различной глубины [4-9]. В настоящей статье частично восполняется этот пробел: приводится сравнительное сопоставление основных факторов, определяющих горнотехнические условия эксплуатации обычных и глубоких карьеров в скальных породах в пределах Фенноскандинавского шита (табл. 1). Исследование выполнено по опыту реализации аналогичных проектов и по результатам опросов экспертов [10].

При оценке значимости факторов приняты следующие аргументы и граничные условия:

1) за время отработки приповерхностной части месторождения (первых очередей проекта) его гидрогеологические условия и основные физико-механические свойства пород должны быть детально изучены, а негативные проблемы, связанные с ними, в большинстве своем решены (дренаж, водоотведение, укрепление рыхлых и слабосвязанных пород и т. п.). Увеличение глубины карьера практически не сказывается на гидрогеологическом режиме, так как водопритоки за счет трещинных вод (в скальных породах) на 2-3 порядка меньше таковых за счет поверхностных вод и атмосферных осадков. В условиях Фенноскандинавского щита

мощность рыхлых отложений, к которым приурочены водоносные горизонты, в большинстве случаев варьирует в пределах 0-100 м;

2) значения большинства физико-механических свойств (пределы прочности, удельный и объемный вес, модули Юнга и Пуассона и др.) с глубиной имеют тенденцию к некоторому возрастанию и стабилизации (уменьшению размаха/вариабельности). Соответственно, данный фактор становится более предсказуемым и управляемым;

Таблица 1

Сопоставление и ранжирование значимости инженерно-геологических и геомеханических факторов для отработки приповерхностных и глубоких горизонтов месторождений карьерным

полем, по [10] с изменениями

Значимость для отработки Значимость для отработки

Наименование фактора приповерхностной части глубоких горизонтов

месторождения, % месторождения, %

Поле напряжений (тектоническая составляющая) 15 20

Поле напряжений (гравитационная составляющая) 5 10

Разрывная тектоника, трещиноватость,

контакты и другие структурные 20 35

неоднородности

Выветривание и гипергенез 15 5

Гидрогеологический режим 25 15

Физико-механические свойства 15 10

Другие факторы, процессы и явления 5 5

СУММА: 100 100

3) контакты и контрастные зоны изменений (метасоматических и контактово-метаморфических) горных пород, как правило, хорошо изучены ещё на стадии разведки, и поэтому они могут быть адекватно учтены в новом проекте. Однако опасные для устойчивости бортов и уступов проявления изменений пород (резкая неоднородность свойств, тектонизированные контакты, планпараллельные текстуры и скопления ориентированных слоистых минералов и т. п.) необходимо изучать и картировать на всех стадиях работ;

4) зона физического и намного реже - химического выветривания в пределах кристаллических пород Фенноскандинавского щита редко превышает первые десятки метров. Начиная с глубины 100-150 м от поверхности влияние фактора «поверхности», как правило, не прослеживается. Гипергенез в условиях бореального субарктического климата проявлен незначительно и самостоятельного значения не имеет, так как большинство видов добываемых руд и вмещающих пород устойчивы к нему на среднесрочный период (минимум на 10-15 лет);

5) по опыту наблюдений и измерений in situ, гравитационная (литостатическая) составляющая современного поля напряжений для условий Фенноскандинавского щита до глубин примерно 400-600 м уступает по абсолютным значениям тектонической составляющей. Поэтому до глубин около 3 00-400 м от поверхности (реже до 600 м) тектоническая составляющая формирует главное сжимающее напряжение. Это явление характерно для всего Фенноскандинавского щита и многократно подтверждено результатами инструментальных измерений [2, 11, 12]. Положение главных осей напряжений, их абсолютные значения и локальные флуктуации относятся к главным факторам, отвечающим за безопасную эксплуатацию месторождения;

6) крупные плоскостные структурные неоднородности (разрывные нарушения, трещины, поверхности ослабления и т. п.) с глубиной увеличивают потенциальную опасность для устойчивости бортов и уступов карьера, так как резко увеличивают объемы возможных обрушений / деформаций и масштаб последствий от них. Крупные структурные неоднородности - первоочередные объекты для выявления, геометризации и комплексного исследования в ходе инженерно-геологических изысканий на всех стадиях изучения и эксплуатации месторождения.

Для разработки приповерхностной части месторождения наиболее важны (> 15 %) следующие факторы (см. табл. 1): гидрогеологический режим (поверхностные и подземные воды), тектонические поля напряжений, разрывная тектоника и степень выветривания массива горных пород. Для глубоких карьеров главным фактором, определяющим их безопасную эксплуатацию, становятся структурные неоднородности, в первую очередь разрывная тектоника и трещиноватость с опасным для карьера залеганием. Также повышается роль гравитационной составляющей поля напряжений и остается на высоком уровне значение тектонической составляющей. Уменьшается относительная доля гидрогеологического режима и физико-механических свойств. В соответствии с ранжированием определяются приоритеты и необходимый комплекс видов и методов исследований для проведения инженерно-геологических изысканий в целях проектирования / перепроектирования глубоких карьеров. Конечная цель - создание базы достоверных и точных данных обо всех возможных опасных геолого-геофизических процессах и явлениях, учет которых есть залог своевременного принятия проектных и организационных управленческих решений по обеспечению высокого уровня безопасности и защиты на всех стадиях строительства и эксплуатации глубокого карьера.

Значимость опасных для устойчивости глубоких карьеров факторов (напряженно-деформированного состояния и разрывной тектоники) в совокупности оценена в 65 %. Поэтому далее основной акцент будет сделан именно на них.

Основные черты разрывной тектоники и напряженно-деформированного состояния (НДС) Ковдорского месторождения магнетитовых и апатитовых руд

Ковдорское месторождение магнетитовых и апатитовых руд (КММА) представлено вертикальным рудным штоком длиной около 1.5 тыс. м и шириной 300-800 м (рис. 2). Рудное тело месторождения прослежено без значительных изменений площади горизонтального сечения и качества руд на глубину более 2 тыс. м от поверхности. КММА расположено в юго-западной части Ковдорского щелочно-ультраосновного массива (КМ) центрального типа. Массив представляет собой интрузию концентрически-зонального строения овальной формы и имеет прямую зональность, которая соответствует внедрению и смещению каждой из последующих магматических фаз от центра к периферии [13, 14]. Месторождение образовано на завершающих стадиях формирования массива за счет внедрения рудных карбонатитов. По геофизическим данным КМ прослеживается, постепенно сужаясь, до глубины 20 км.

Эксплуатация месторождения карьером начата в 1962 г., и на сегодня добыто более 500 млн т руды. Это один из крупнейших карьеров в Кольском регионе: около 2 км в длину, 1.8 км в ширину и более 400 м глубины. Извлекаемые запасы в текущем проекте оцениваются около 190 млн т руды со средними содержаниями 24.6 % Fe, 6.7 % Р205, 0.14 ZrO2, а извлекаемые запасы для проектируемого карьера глубиной около 900 м составляют 590 млн т руды со средними содержаниями 24.2% Fe, 6.7 % Р205, 0.16 ZrO2 [15].

В 2000 г. начались инженерно-геологические изыскания и проектирование сверхглубокого (> 800 м от поверхности) карьера. Его строительство позволит пролонгировать экономически эффективную добычу руды до 2043-2048 гг. Планомерные инженерно-геологические, структурные и геомеханические исследования в целях обеспечения устойчивости бортов и уступов карьера и безопасности горных работ проводятся с конца 1970-х гг., а мониторинг опасных явлений (сейсмичность, деформационные процессы) - с начала 2000-х гг. Некоторые виды исследований были продублированы с использованием альтернативных

методов, инструментальных средств и технологий. Подавляющее большинство исходных и промежуточных данных, а также полученных результатов имеют координатную привязку в местной (X, Y, Z) или географической системах координат.

К настоящему времени собрана уникальная база координатно привязанных данных, включающая более 35 тыс. замеров трещин и разрывных нарушений с поверхности, около 40 тыс. замеров трещин в ориентированном керне (более 20 км), результаты гидрогеологических исследований и каротажа нескольких сотен скважин, более 30 замеров параметров напряженно-деформированного состояния in situ методом разгрузки, данные сеймомониторинга за период 2008-2013 гг., геодезического мониторинга (GPS- и светодальномерный методы) за период 2006-2015 гг. и мониторинга развития деформаций бортов и уступов за период 1998-2015 гг. Большинство собранных геолого-геофизических материалов вынесено и визуализировано в 3D-модели.

Рис. 2. Карта-схема КММА с инженерно-структурным районированием по секторальному принципу, по [16] с дополнениями. На схеме вынесены: геологическое строение, основные крупные разломы, инженерно-геологические секторы со стереограммами

По результатам комплексного анализа этих данных, в том числе с использованием инструментов 3D-анализа и моделирования (рис. 3), выявлен ряд опасных структурных неоднородностей и закономерностей строения, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации глубокого карьера. Прежде всего, это вопросы и аспекты, касающиеся генезиса, соотношений и особенностей распространения различных систем трещиноватости и соответствующих разрывных нарушений в пространстве, изменения их параметров как латерально, так и на глубину, характеристики современного поля напряжений во вмещающих породах и др.

Рис. 3. Фрагмент 3D-модели структурных неоднородностей восточного борта карьера. Вынесены координатно привязанные замеры трещиноватости с поверхности, по ориентированному керну и наиболее крупных прослеженных разрывных нарушений

Вся трещиноватость массива пород КММА классифицирована на 2 большие группы: прототектоническую трещиноватость, в том числе трещиноватость этапов «собственно магматического (карбонатитовой стадии) - контракционного генезиса»;

новообразованную трещиноватость наложенных тектонических этапов. По отношению к месторождению они характеризуются как «внутриформационные» и «трансформационные» соответственно [10, 16]. Каждая группа представлена набором систем трещиноватости (парагенезисом) с уникальными отличительными чертами и признаками, а также закономерными связями между собой.

Исследованиями авторов настоящей статьи установлено, что внутриформационная (прототектоническая) парагенетическая ассоциация трещиноватости в масштабах КММА и вмещающих комплексов имеет представительность 90-95 % и включает следующие основные системы: радиальную (2-3 подсистемы - Rd) с углами падения размахом 65-90° (78° - медиана), две подсистемы S-кольцевой субвертикальной (тангенциальной, поперечной по отношению к Rd) с углами падения 60-90° (74°) и две диагонально-конические: центриклинальную - С, падающую к центру массива под углами 25-55° (43°), и периклинальную - Р, падающую от центра массива под углами 5-35° (18°). Система субгоризонтальных трещин L (углы падения 012°) на глубоких горизонтах проявлена незначительно. Все системы прототектоники закономерно связаны друг с другом и изменяют свои азимутальные характеристики по закону осевой симметрии (при движении вокруг вертикальной оси симметрии, проведенной через геометрический центр карбонатитовой интрузии) [16, 17]. Эта закономерность положена в основу инженерно-структурного районирования месторождения по секторальному принципу и

хорошо видна на стереограммах секторов (см. рис. 2). Такой подход позволил выделить относительно однородные по параметрам трещиноватости области не по блочному принципу (традиционный подход), а через выделение секторов.

Трещиноватость прототектонического парагенезиса имеет относительно однородное распределение в массиве пород месторождения, удовлетворительную - хорошую предсказуемость по основным параметрам, в том числе по индивидуальным (для каждой системы/подсистемы) закономерностям их изменения с глубиной и по простиранию. Так, выявлено, что наибольшую изменчивость по частоте имеют субгоризонтальные трещины, которые преобладают у поверхности и почти исчезают на глубинах более 150-200 м.

Трещины диагональных систем (С и Р) уменьшают свою представительность в меньшей степени, однако у них с глубиной увеличиваются углы падения в среднем на 5-7°. Наименее изменчивы трещины радиальных подсистем, хотя у них также с глубиной отмечается увеличение углов падения вплоть до волнообразных отклонений на 1-3° в обе стороны от вертикали.

Наложенная тектоника пострудных этапов формирует несколько крупных разрывных нарушений (разломов) и собственных систем трещиноватости, а также реактивирует часть систем прототектонического генезиса с образованием мультикинематических дизъюнктивов, которые сформированы за счет локального участия отдельных элементов прототектоники в деформациях поздних тектонических этапов. Ряд прототектонических трещин участвовал в постмагматической тектонической эволюции массива пород месторождения многократно, являясь своего рода структурными триггерами - плоскостями реализации для широкого диапазона положений тензора напряжений. Их отличительная черта - разные направления (фиксируется до 3) относительных смещений, что документируется в полевых условиях по кинематическим признакам (борозды скольжения, ориентированные сколы).

Рис. 4. Гистограмма соотношения (весового вклада в общую выборку) различных парагенетических ассоциаций трещиноватости в зависимости от глубины от поверхности:

1 - трещины разгрузки и приповерхностного выветривания; 2 - трещины наложенной тектоники; 3 - трещины прототектоники; 2+3 - ассоциация структурных элементов, реактивированных наложенной тектоникой. Ось абсцисс - весовой вклад парагенетической ассоциации, %; ось ординат - расстояние от поверхности, м

Трещиноватость наложенной тектоники имеет неоднородное (локальное) распределение в массиве пород месторождения и слабую предсказуемость основных параметров. Характер её проявления на конкретном участке выявляется только методами картирования уступов и документирования ориентированного керна с ограниченной возможностью экстраполяции за точки наблюдения. Сочетание различных парагенетических ассоциаций трещиноватости

формирует комбинаторно-наложенный характер распространения трещиноватости в объеме массива пород. Это выражается в сочетании и пространственном наложении друг на друга различных по генезису, морфологии и ориентации единичных трещин, их сближенных пакетов и зон трещиноватости. Наиболее опасны для устойчивости бортов и уступов крупные разрывные нарушения наложенной тектоники и зоны (пакеты) реактивированной трещиноватости, имеющие падение в сторону выработанного пространства.

Результат оценки представительности и соотношения трещиноватости различных парагенетических групп на разных горизонтах массива пород КММА представлен на рис. 4. Иерархия выявленных разрывных нарушений и систем трещиноватости, их параметры и ранжирование по опасности для устойчивости уступов / бортов карьера отражены в табл. 2.

Таблица 2

Иерархия и параметры основных разрывных нарушений

Номер Аз-т прост-я,° Аз-т падения" Угол падения,° Мощность / (тах длина), м Оценка опасности для устойчивости карьера

1 2 3 4 5 6

Трансформационные разрывные нарушения

R1 38-48 310/ 130 83-90 Пакет трещин до 25 у поверхн., 2-10 на глубине, (более 1200) Опасность представляют вывалы и оползни вдоль собственно зоны разлома (СВ и ЗЮЗ борты), а также зона оперяющей трещиноватости мощностью до 20-50 м у каждого крыла

Я2 - В 5-15 и 15-20 275-285 и 285290 38-41 и 50-54 Пакет трещин до 7-8, 1-3 (более 250) Пересечение 2 «реактивированных» разломов с близкими азимутальными параметрами, они образуют деформацию плоскостного типа и прослеживаются на глубину 300-350 м

Я2 -ЮВ 42-55 312-345 41-47 Пакет трещин до 10-15, единичные до 1.5-2 (более 500) «Реактивированные» центриклинальные трещины создают пакет сближенных трещин, по поверхностям которых образуется значительное обрушение плоскостного типа; трещины следятся вглубь со смещением в горизонтальной плоскости к центру карьера

R3 50-65 320-335 33-41 0.5-1.3 (более 400) В текущей и проектируемой конструкции карьера опасности нарушения устойчивости бортов не представляет, в местах пересечения с уступами могут наблюдаться локальные деформации клиновидного типа и вывалы

R4 342-350 252-260 63-70 0.5-1.2 (более 350) То же

S1 320-340 240 / 60 75-8087 Пакет трещин до 15, одиночные 0.2-0.3 (более 300) Пакет трещин формирует крутопадающую поверхность уступов ССВ борта в пределах горизонтов +10 ^ +118 м. Образует мелкие единичные плоскостные обрушения крутого залегания и комбинированные - клиновидно-плоскостные

Окончание таблицы 2

1 2 3 4 5 6

Прототектонические системы трещиноватотсти

Rd (I) 0-360 0-360 65-90 Пакет трещин до 0.5-2, одиночные до 0.2-0.3 (до 200) Радиальная система образует до 2-3 подсистем с разностью в элементах залегания 10-15° и падением в разные стороны с углами 65-90°. Играет второстепенную роль в формировании клиновидных обрушений при пересечении с другими системами, имеющими опасное залегание

S (П) 0-360 0-360 60-90 0.2-1 (до 150) Опасности нарушения устойчивости бортов не представляет, в местах пересечения с уступами могут наблюдаться локальные деформации клиновидного типа и вывалы

с (IV) 0-360 0-360 25-55° 0.1-0.5 (до 200) Отмечаются во всех бортах, однако наибольшую опасность представляют для В и ЮВ бортов

P (IV) 0-360 0-360 15-35° 0.1-0.3 (до 120) Опасности нарушения устойчивости не представляют

L (III) 0-360 0-360 0-12° 0.01-0.1 (до 30-50) Опасности нарушения устойчивости не представляют. Преимущественно распространены в приповерхностной части

Наиболее опасные структуры для устойчивости бортов карьера - трансформационные (наложенные) и «реактивированные» центриклинальные разрывные нарушения, а для устойчивости уступов к вышеперечисленным добавляются неблагоприятные пересечения нескольких трещин с раскрытыми стенками / берегами с образованием линии скрещения, падающей в сторону карьера под углом более 40-42° (табл. 2).

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность за помощь и организационно-техническую поддержку руководству АО "Ковдороский ГОК", сотрудникам геологического отдела комбината и службы мониторинга устойчивости уступов. Комплексный мониторинг опасных геолого-геофизических процессов в целях обоснования геодинамической безопасности стал возможным благодаря поддержке гранта РНФ 14-17-00751 (научн. рук. - проф., д.т.н. А. А. Козырев).

ЛИТЕРАТУРА

1. Богатство недр России / под ред. Б. К. Михайлова [и др.] // Минерально-сырьевой и стоимостный анализ: пояснительная записка к геолого-экономическим картам. СПб.: ВСЕГЕИ, 2007. 550 с. 2. Методические основы технологии эффективного и безопасного освоения глубоких горизонтов месторождений полезных ископаемых открытым способом / А. А. Козырев [и др.] // Вестник МГТУ. 2009. Т. 12, № 4. C. 644-653. 3. Инженерно-геологические аспекты проектирования глубокого карьера Ковдорского ГОКа / М. С. Епифанова [и др.] // Горный журнал. 2007. № 9. С. 30-33. 4. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий при разработке и освоении месторождений твердых полезных ископаемых (методическое руководство) / В. Д. Бабушкин [и др.]. М.: Недра, 1969. 5. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1986. 172 с. 6. Инженерно-геологические, гидрогеологические и геоэкологические исследования при разведке и эксплуатации рудных месторождений / сост. В. И. Кузькин [и др.]. М.: РИЦ ВИМС, 2002. 7. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке. М.: ВСЕГИНГЕО, 1977. 143 с. 8. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке. М.: РИЦ вИМс, 2001. 9. Guidelines for open pit slope design / J. Read, P. Stacey (edit.). CSIRO, 2009. 496 с. 10. Комплексная методика инженерно-

структурных исследований и мониторинга геомеханического состояния массива пород в целях проектирования и эксплуатации глубоких карьеров / Д. В. Жиров [и др.] // Материалы совещания «Современная тектонофизика. Методы и результаты». М.: ИФЗ РАН, 2011. Т. 1. С. 100-109. 11. Рыбин В. В., Губинский Н. О., Данилов И. В. Опыт определения напряженного состояния прибортового массива пород на карьерах Кольского полуострова // Материалы совещания «Современная тектонофизика. Методы и результаты». М.: ИФЗ РАН, 2009. С. 34-37. 12. Козырев А. А., Рыбин В .В., Каспарьян Э. В. Особенности развития геомеханических процессов в массивах пород глубоких карьеров // ГИАБ. 2015. № 4. С. 32-39. 13. Геология рудных районов Мурманской области / В. И. Пожиленко и др. Апатиты: КНЦ РАН, 2002. 359 с. 14. Афанасьев Б. В. Минеральные ресурсы щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова. СПб.:Роза ветров, 2011. 224 с. 15. Интенсификация использования природных и техногенных минерально-сырьевых ресурсов / А. В. Туголуков [и др.] // Горный журнал. 2007. № 9. С. 14-19. 16. Жиров Д. В., Мелихова Г. С., Климов С. А. Инженерно-структурное районирование массива пород Ковдорского месторождения бадделеит-апатит-магнетитовых и маложелезистых апатитовых руд как основа для проектирования крутых бортов карьера // Всеросс. науч.-тех. конф. «Экологическая стратегия развития горнодобывающей отрасли - формирование нового мировоззрения в освоении природных ресурсов»: сб. докл. Апатиты: кНц РАН, 2014. Т. 1. С. 92-103. 17. Сим Л. А, Жиров Д. В., Маринин А. В. Реконструкция напряженно-деформированного состояния восточной части Балтийского щита // Геодинамика и тектонофизика. 2011. Т. 2, № 3. С. 219-243.

Сведения об авторах

Жиров Дмитрий Вадимович - начальник отдела инноваций ФГБУН Геологического института Кольского научного центра РАН; e-mail: zhirov@geoksc.apatity.ru

Мелихова Галина Сергеевна - главный гидрогеолог ОАО «МГРЭ»; e-mail: melihovags@mgre.ru Рыбин Вадим Вячеславович - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Горного института Кольского научного центра РАН; e-mail: rybin@goi.kolasc.net.ru Сохарев Виктор Александрович - главный геолог АО «Ковдорский ГОК»; e-mail: Viktor.Sokharev@eurochem.ru

Климов Сергей Андреевич - ведущий инженер ФГБУН Геологического института Кольского научного центра РАН; e-mail: klim-sa@yandex.ru

Information about the authors

Dmitry V. Zhirov- head of the Innovation Dept. of the Geological Institute of the KSC of the RAS; e-mail: zhirov@geoksc.apatity.ru

Galina S. Melikhova - main hydrogeologist of the "MGRE" Stock Company; e-mail: melihovags@mgre.ru

Vadim V. Rybin - PhD (Eng.), leading scientific researcher of the Mining Institute of the KSC of the RAS; e-mail: rybin@goi.kolasc.net.ru

Victor A. Soharev - major geologist of the "Kovdorsky GOK" Stock Company; e-mail: Viktor.Sokharev@eurochem.ru

Sergey A. Klimov - leading engineer of the Geological Institute of the KSC of the RAS; e-mail: klim-sa@yandex.ru

Библиографическое описание статьи

Особенности инженерно-геологического изучения массивов скальных пород в целях проектирования глубоких карьеров на примере Ковдорского месторождения магнетитовых и апатитовых руд. Часть 1 / Д. В. Жиров [и др.] // Вестник Кольского научного центра РАН. - 2016. - № 1. - С. 15-25.

Bibliographic Description

Peculiarities of the Engineering-Geological Studies of Rock Massifs for Designing / Redesigning Deep Open Pits Exemplified with the Kovdor Deposit of Magnetite and Apatite Ores (Kovdor Alkaline-Ultrabasic Massif, Ne of the Fennoscandian Shield). Part 1 / Dmitry V. Zhirov, Galina S. Melikhova, Vadim V. Rybin, Victor A. Soharev, Sergey A. Klimov. Herald of the Kola Science Centre of the RAS. 2016, vol. 1, pp. 15-25.