Комплексная оценка дренируемых подземных вод Яковлевского рудника по результатам гидрогеохимического мониторинга

УДК 551.435

А.А. ТИМЧЕНКО

аспирантка кафедры гидрогеологии и инженерной геологии

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ДРЕНИРУЕМЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЯКОВЛЕВСКОГО РУДНИКА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Гидрогеохимический мониторинг, проводимый на Яковлевском руднике в 20062007 г., позволяет оценить активность перетекания и вторичного увлажнения богатых железных руд в подземных выработках. В процессе проведения мониторинга обнаружено повсеместное проявление сероводорода различного генезиса. Получены закономерности взаимосвязи содержания H2S и Cl-. Оконтурены зоны активного перетекания вод из нижнекаменноугольных известняков на горизонтах -425 и -370 м. Установлена тенденция снижения уровня нижнекаменноугольного водоносного горизонта. Выделены зоны с различными водопритоками в подземные выработки горизонта -425 м.

Hydrogeochemical monitoring carried out in 2006-2007 allows estimation of the activity coefficient of overflowing and secondary humidifying of rich iron ores in the underground workings of the Yakovlevsky Mine. Ubiquitous manifestation of H2S of various geneses was revealed during the research. Regularities in H2S and Cl- content patterns were revealed. Zones of active water overflowing from law carboniferous limestones were mapped for the -425 and -370 m horizons. A tendency of decreasing in levels of lawcarbonic aquifer is established. Zones with various water inflows to the -425 m mine horizon were revealed.

В 2005 году СПГГИ(ТУ) была предложена концепция и структура гидрогеодина-мического мониторинга, который включает:

1) гидрогеохимические наблюдения, направленные на оценку водопроявлений, развитие фильтрационных деформаций, в том числе и за счет перетекания подземных вод из неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта в рудно-кристалли-ческий пласт;

2) геомеханический мониторинг, выполняемый для определения характера деформаций и оценки напряжений в массиве рудных тел и вмещающих пород.

В данной работе представлены результаты гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга на Яковлевском руднике, выполненных в 2006-2007 гг.

Развитие фронта горных работ привело к усилению процессов перетекания воды в рудную толщу как из отложений нижнего карбона, так и из более глубоких частей фундамента. Таким образом, состав дренируемых вод Яковлевского рудника форми-

руется за счет маломинерализованных вод рудной толщи, перетока пресных вод из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного горизонта и подтока соленых вод из тектонических трещин кристаллического фундамента (рис.1).

Еще в 2004 г. было установлено, что снижение концентрации хлоридов и сухого остатка при одновременном повышении содержания фторидов и сероводорода в дре-

С

ПЕРЕТЕКАНИЕ

I I I I I I

У У У

M до 0,5 г/л H^iq ai14ia/e; F "=8-11ia/e

Na+

INI

AR-PR1 М = 8-10 г/л

Состав вод рудно-кристаллического горизонта

M = 2-3 г/л Cl- Na+ K+

В до 5 мг/л H2S до 2 мг/л; F- до 15 мг/л

Cl- K+ Na' F- В

It^s-

Подток тектонических трещин

Рис.1. Схема формирования химического состава вод рудно-кристаллического водоносного горизонта

Санкт-Петербург. 2007

^ Точка замера содержания Н2S, мг/л август 2006 года

ф Точка замера содержания Н^, мг/л февраль 2007 года -:

;..>. (. Содержание Н2S, мг/л, август 2006 года Содержание Н^, мг/л, февраль 2007 года Зона активного перетека-

Ония вод из нижнекаменноугольного горизонта

•Зона водопроявления на горизонте -370 м

Осушенная зона

Зона с малыми водопритоками Q до 0,2 м3/ч

Зона со средними водопритоками Q от 0,3 до 1,0 м3/ч Зона с повышенными водопритоками Q более 1,0 м3/ч

Зонирование выполнено по данным за февраль 2007 г.

Рис.2. Положение зон перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта и зон с различными водопритоками на горизонте -425 м

нажных скважинах и других водопроявлени-ях может служить индикатором перетекания вод из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного горизонта в рудное тело.

Особо следует остановиться на наличии сероводорода в длительно функционирующих скважинах. В 2003-2004 гг. было проведено опробование пяти скважин, которые позволили установить следующую закономерность: снижение содержания хлор-иона сопровождается повышением концентрации Н2в в водах рудно-кристаллического горизонта. Известно, что падение содержания С1- вместе с общей минерализацией связано с подтоком маломинерализованных вод из нижнекаменноугольных известняков в рудный пласт, следовательно, увеличение концентрации Н28 при снижении минерализации вод объясняется поступлением его из толщи известняков карбона, которые, как известно, обогащены битуминозной органикой, формирующей анаэробную обстановку и способствующей продуцированию биохимического Н28.

Сероводород и фтор-ион относятся к неустойчивым компонентам и в связи с этим определение их содержания необходимо осуществлять непосредственно в подземных выработках. Соответственно в рамках проведения гидрогеохимического мониторинга подземных вод Яковлевского рудника в 2006-2007 гг. концентрации F- и Н28 определялись непосредственно в подземных выработках отдельно для каждого водопрояв-ления при помощи портативного иономера с использованием селективных электродов. Одновременно замерялись величины рН, минерализации (с помощью портативного кондуктометра) и температуры исследуемых вод; параллельно в лабораторных условиях отбирались пробы для определения химического состава.

При использовании полевых методов определения сероводорода и фторид-иона были получены весьма интересные результаты: оказалось, что во всех точках опробования присутствует сероводород, содержание фторидов варьировало в значительных пределах от 2 до 10 мг/л (рис.2).

Анализ результатов опробования водо-проявлений в подземных выработках Яков-левского месторождения позволил установить, что, возможно, существует два источника поступления сероводорода в подземные воды. Первый из них - нижнекаменноугольный водоносный горизонт, особенно его нижняя часть разреза, где известняки обогащены органическим материалом, прослоями углистых глин и углей. В этой зоне Н^ имеет биохимическое происхождение. Второй источник связан с глубинными процессами. Повышенное содержание Н^ отмечается в зонах тектонических трещин гранитного массива, где наблюдается разгрузка подземных вод с повышенной минерализацией (8-10 г/л), в пределах которых Н^ может быть каталитическим или глубинным. Зоны активного перетекания из нижнекаменноугольного горизонта в подземные выработки показаны на рис.2. Следует обратить внимание на водопроявления в выработках на осушенном горизонте -370 м. По-видимому, такое перетекание наблюдается по зонам тектонических разломов.

Ведение очистных работ на Яковлев-ском руднике приводит к интенсификации процессов перетока в рудный пласт и подземные выработки вод из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного гори-

0

й" -40 § -80 И -120

| -160 си

| -200 £ -240 -280 -320 -360

2 н о о

ю <

I III V VII IX XI I III V VII IX XI Месяцы

Скв.610 —— Скв.642 —а— Скв.603 ^^Скв.619

зонта. Поэтому в настоящее время необходимо продолжить ежемесячные наблюдения за колебаниями содержания в воде С1-,

ÍNI з , F- и H2S, которые являются индикаторами перетекания более пресных вод в руд-но-кристаллический водоносный горизонт.

Одной из основных задач гидродинамического мониторинга является анализ изменения гидродинамических условий рудно-кристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов. В течение 2005-2006 гг. регулярно осуществлялись наблюдения за уровнями подземных вод рудно-кристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов в девяти скважинах, пробуренных с поверхности земли.

По графикам изменения абсолютных отметок уровней подземных вод рудно-кристаллического водоносного горизонта в режимных скважинах за 2005-2006 гг. можно проследить общую тенденцию снижения уровней водоносного горизонта рудной залежи (рис.3, а). В результате развития фронта горных работ и активного бурения дренажных, опережающих и разведочных скважин в подземных выработках происходит развитие депрессионной воронки по площади, что подтверждается снижением абсолютных отметок уровня рудно-крис-

б

в о

л

£

2 н о

с

ю <

120 110 100 90 80 70 60

• а- а- а-

I III V VII IX XI I III V VII IX XI Месяцы

- Скв.32кр ^^ Скв.7кр ^^ Скв.28кр

- Скв.640 ^^ Скв.638

Рис.3 Динамика изменения уровня подземных вод рудно-кристаллического (а) и нижнекаменноугольного (б) водоносных горизонтов по данным замеров в скважинах, пробуренных с поверхности земли а - скв.642 - в пределах рудной полосы; скв.603 - в лежачем боку рудной залежи; скв.619 и 610 - в висячем боку рудной залежи; б - скв.32кр и 7кр - соответственно в районе шахтных стволов № 2 и 3; скв.28кр - в пределах рудного тела; скв.640 - в районе транспортного орта; скв.638 - на штреке висячего бока

а

- 29

Санкт-Петербург. 2007

таллического водоносного горизонта, замеренных в режимных скважинах (средние значения понижения 8-26 м). Висячий бок рудной залежи характеризуется максимальным снижением уровня руднокристалличе-ского водоносного горизонта (скв.610).

Динамика изменения абсолютных отметок уровней нижнекаменноугольного водоносного горизонта в поверхностных скважинах показана на рис.3, б. С 01.2005 по 12.2006 г. отмечается явная тенденция к постепенному снижению пьезометрической поверхности нижнекаменноугольного водоносного горизонта (на 2-4 м за 2005-2006 гг.). Наибольшее снижение уровня фиксируется в пределах рудного тела (скв.28кр), за два года 4,24 м.

В рамках выполнения гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга на Яковлевском руднике сотрудниками СПГГИ(ТУ) в августе 2006 г. и феврале 2007 г. были обследованы все подземные выработки горизонтов -425 и -370 м. По результатам проведенных работ были выделены четыре зоны с различным водоприто-ками (см. рис.2): осушенная; с малыми во-допритоками; со средними водопритоками; с повышенными водопритоками.

Быстрое снижение абсолютных отметок уровня рудно-кристаллического водоносного горизонта в результате проведения дренажных мероприятий на Яковлевском руднике при развитии фронта горных работ и одновременное снижение уровня нижнекаменноугольного водоносного горизонта ведут к увеличению градиента напоров этих водоносных горизонтов. Можно предполо-

жить, что данный процесс способствует интенсификации процессов перетекания вод из вышележащего неосушенного водоносного горизонта нижнего карбона в рудно-кристаллический, а также непосредственно в подземные выработки. Одновременное снижение уровней рудно-кристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов свидетельствуют об их активной гидравлической связи, что интенсифицирует процессы перетекания более пресных вод нижнего карбона в рудный пласт. Следует отметить, что в 46 % опробованных скважин и водопроявлений отмечается минерализация воды менее 0,8 г/л, что подтверждает вывод о возрастании роли перетекания пресных вод.

Одновременно ставится вопрос о возможности использования дренируемых подземных вод для бальнеологических целей, требующий детальной проработки с точки зрения выбора отдельных постоянно действующих скважин и водопроявлений, а также обеспечения надежной защиты этих вод от загрязнения, связанного с функционированием горных предприятий. По результатам проведения гидрогеохимического мониторинга был выбран ряд постоянно действующих скважин, пробуренных в транспортном орту и порожняковом квершлаге, а также водопроявления по тектоническим трещинам, располагающиеся в грузовом квершлаге и на объездной второго ствола, воды которых могут быть использованы как минеральные при организации каптажа каждого отдельного водопроявления.

Научный руководитель д.г.-м.н. проф. Р.Э.Дашко