Комплексный подход к изучению, оценке и использованию подземных вод Яковлевского месторождения богатых железных руд

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

комплексный подход к изучению, оценке и использованию подземных вод Яковлевского месторождения богатых железных руд (кма)

Специальность 25.00.07 - Гидрогеология

Тимченко Анна Андреевна

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научные руководители:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Коротков Алексей Иванович

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Дашко Регина Эдуардовна

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Павлов Александр Николаевич

кандидат геолого-минералогических наук

Николаев Юрий Владимирович

Ведущее предприятие - кафедра гидрогеологии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ)

Защита диссертации состоится 09 ноября 2007 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 -я линия, д. 2, ауд. 4312.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 09 октября 2007 года

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д. г.-м. н., профессор А.Г. МАРЧЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время Россия добывает 220 млн.т. сырой и производит 85 млн.т. товарной железной руды, уступая по этому показателю только Австралии, Бразилии и Китаю. Более 70% разведанных запасов и около 80% прогнозных ресурсов железных руд сосредоточены в европейской части страны в пределах КМА. При этом горнодобывающие предприятия Белгородской и Курской областей обеспечивают более 50% объема добываемой руды в стране. Металлургические предприятия Урала, Сибири и Дальнего Востока, имеющие более 65% всех производственных мощностей, испытывают острый дефицит в местных товарных железных рудах. Ввиду недостатка сырья в этих регионах и стремительным наращиванием темпов мировой торговли железорудной продукцией особое внимание уделяется разработке месторождений богатых железных руд (БЖР). Яковлевское месторождение КМА расположено в Белгородском железорудном районе и относится к одному из крупнейших по разведанным запасам высококачественных руд, содержание железа в которых превышает 60%. Однако, разработка месторождения сопряжена с трудностями, связанными с большой глубиной залегания рудного тела, сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями.

Концепция рационального и комплексного использования природных ресурсов Яковлевского месторождения БЖР предопределяет необходимость изучения и оценки гидрогеологических условий этого объекта как для обеспечения безопасности ведения горных работ, так и возможности использования дренируемых подземных вод в бальнеологических целях.

Цель работы. Обеспечение комплексного подхода к анализу и оценке вод руднокристаллического водоносного горизонта для разработки мероприятий по предупреждению вторичного увлажнения БЖР и последующего использования дренируемых вод в бальнеологических целях.

Основные задачи исследований: 1) изучение особенностей формирования химического состава подземных вод руднокристаллического горизонта и анализ его изменения в процессе осушения рудного тела и развития горных работ; 2) исследование гидродинамического взаимодействия руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов, его влияния на безопасность ведения горных работ и преобразование химического состава дренируемых вод; 3) выделение типов дренируемых подземных вод руднокристаллического горизонта для их последующего использования в бальнеологических целях; 4) совершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга подземных вод при разработке Яковлевского рудника для решения вопросов перетекания и вторичного увлажнения БЖР, а также контроля бальнеологического качества подземных вод.

Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены результаты научно-исследовательских работ, проводившихся на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии СПГГИ(ТУ) при участи автора по темам «Научное сопровождение строительства первой очереди Яковлевского рудника» 2004 г., «Научное сопровождение строительства и ввода в эксплуатацию первой очереди Яковлевского рудника» 2003-2007 гг. На протяжении 2006-2007 гг автором была выполнена специализированная гидрогеохимическая съемка подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта непосредственно в подземных выработках Яковлевского рудника. Проведены исследования химического состава дренируемых вод в полевых и лабораторных условиях с использованием современных методов и аппаратуры. Автором было оценено влияние развития фронта горных работ на интенсификацию процессов перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта в рудный пласт и, как следствие, возможность формирования локальных прорывов подземных вод, а также перспективы использования в бальнеологии вод руднокристаллического горизонта, поступающих в подземные выработки из дренажных горизонтальных скважин. В 2005, 2006 и 2007 гг работа была поддержана персональными грантами американского фонда гражданских исследований и разработок (CRDF) для аспирантов.

Основные методы исследований: 1) теоретические исследования формирования химического и газового состава подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта до и в процессе развития горных работ; 2) расчетные методы оценки времени перетекания и формирования локальных прорывов подземных вод в горные выработки; 3) применение современных аналитических методов для оценки химического состава подземных вод в процессе проведения гидрогеохимического мониторинга.

Научная новизна. Установлены закономерности формирования химического состава дренируемых вод Яковлевского рудника при развитии фронта горных работ. Выполнена прогнозная оценка влияния подземных вод руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносного горизонта на активность вторичного увлажнения БЖР и возможность формирования прорывов подземных вод. В зависимости от химического состава в подземных выработках Яковлевского рудника на горизонте -425 м выделены три типа минеральных вод. Предложено усовершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга подземных вод, проводимого с целью выявления зон перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта, а также бальнеологического контроля химического состава вод руднокристаллического водоносного горизонта во времени.

Практическая значимость. Предлагаемая концепция комплексного подхода к анализу и оценке вод руднокристаллического горизонта для разработки мероприятий по предупреждению вторичного увлажнения БЖР в процессе перетекания вод из нижнекаменноугольного горизонта и бальнеологическому использованию подземных вод руднокристаллического горизонта при обязательном контроле их состава и состояния на основе совершенствования и развития системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга рекомендована для использования в создании системы безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается выполненными теоретическими обобщениями по специфике гидрогеологических условий Яковлевского месторождения, значительным объемом шахтных обследований, проведением экспериментальных исследований физических свойств БЖР и химического состава вод руднокристаллического горизонта, выполнением расчетов для определения времени перетекания и прогноза локальных прорывов подземных вод их нижнекаменноугольного водоносного горизонта. Проводимый гидрогеохимический и гидродинамический мониторинг подземных вод полностью подтверждает выполненные ранее прогнозы по расширению фронта перетекания подземных вод нижнекаменноугольного горизонта и влияния тектонических факторов в формировании химического состава дренируемых вод.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на 7 научных конференциях: Международная научно-методическая конференция «XI Научные чтения имени профессора Н.И. Толстихина» (СПГГИ(ТУ), г. Санкт-Петербург, 2004 г.); Межвузовская молодежная научная конференция «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (СПбГУ, г. Санкт-Петербург, 2005, 2006 гг.); 57-я горно-металлургическая научная конференция (Фрайбергская горная академия (технический университет), г. Фрайберг, 2006 г.); II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных стран» (БелГУ, г. Белгород, 2006 г); Ежегодная научная конференция «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ(ТУ), г. Санкт-Петербург., 2005, 2007 гг.)

Основные положения диссертации отражены в 10 опубликованных научных работах, 6 из которых приведены в списке основных публикаций, в том числе 2 работы в издании, входящем в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 201 странице, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 121 наименования, содержит 53 рисунка, 46 таблиц, 12 фотографий.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность за постоянную помощь и поддержку на всех этапах подготовки диссертационной работы научным руководителям д.г.-м.н. проф. Р.Э. Дашко и д.г.-м.н. проф. А.И. Короткову ; заведующему кафедрой Г и ИГ д.г.-м.н. проф. В.В Антонову, д.г.-м.н. проф. В.А. Кирюхину, доц. Н.С. Петрову, доц. Д.Л. Устюгову, асс. М.Г. Стуккей за полезные советы, главному геологу А.И. Лябаху и сотрудникам геологического отдела Яковлевского рудника за помощь в проведении гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

1. Комплексный подход к изучению подземных вод Яковлевского рудника позволяет анализировать их влияние на безопасность ведения горных работ, а также предусмотреть возможность их использования в бальнеологических целях.

Яковлевское месторождение БЖР - одно из крупнейших и наиболее изученных месторождений Белгородского железорудного района, приуроченное к юго-западному склону Воронежского кристаллического массива, в пределах которого размещается северо-восточное крыло Днепровско-Донецкого артезианского бассейна. Весомый вклад в изучение гидрогеологических условий этого артезианского бассейна внесли А.Н. Семихатов, Н.К. Игнатович, К.И. Маков, П.Т. Савицкий, А.А. Дубянский, Г.М. Захарченко и др. С началом изучения Яковлевского месторождения (1953 г.) комплексные исследования выполнялись Лабораторией гидрогеологических проблем, институтом Центргипроруда, (И.В. Попов, В.И. Фандеева и др.), Белгородской железорудной экспедицией (А.А. Саар, С.И. Чайкин и др.), ВИОГЕМ (А.Я. Гуркин и др.), ВСЕГИНГЕО (С.П. Прохоров, Ф.И. Лосев и др.), КМА ГУЦР (Ф.В. Кулибаба и др.), ВГУ, БелГУ, геологическим отделом Яковлевского рудника (А.И. Лябах, А.М. Божков и др.), СПГГИ(ТУ) (В.А. Мироненко, В.Г. Румынин, В.В. Антонов, И.П. Иванов, А.И.Коротков, Р.Э. Дашко и др.), НТЦ«НОВОТЭК» (Г.Н. Гензель и др.), проектным институтом «СУБР-проект» и др.

Рисунок 1 - Сводный гидрогеологический разрез Яковлевского месторождения.

В геологическом разрезе Яковлевского месторождения подземные воды развиты как в отложениях осадочного чехла, так и в зоне химической коры выветривания пород докембрия. Общая мощность обводненной зоны превышает 700 м.

В зависимости от приуроченности вод к различным отложениям и наличия водоупорных пород выделяют семь водоносных горизонтов: маастрихт-туронский, сеноман-альбский, апт-неокомский, волжский, келловей-батский, нижнекаменноугольный, а также руднокристаллический водоносный горизонт, приуроченный к докембрийским образованиям - богатым железным рудам и вмещающим их породам (рисунок 1).

Для гидродинамически связанных маастрихт-туронского, альб-сеноманского и волжского водоносных горизонтов характерны гидрокарбонатные кальциевые воды с минерализацией 300-600 мг/дм3. От нижележащих водоносных горизонтов они изолированы мощным (33-56 м) слоем глин киммеридж-оксфордского возраста. Воды маастрихт-туронского и альб-сеноманского водоносных горизонтов широко применяются для хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов Белгородской области. Гидрокарбонатные натриевые воды келловей-батского водоносного горизонта имеют минерализацию 300-800 мг/дм3 и с 2000 г используются как лечебно-столовые («Жемчужина Белогорья», «Григорьевская серебряная», «Майская хрустальная»).

Нижнекаменноугольный водоносный горизонт от вышележащей толщи отделен мощным (до 50 м) слоем глин бат-байоса; водовмещающими породами его являются трещиноватые и закарстованные известняки. Воды этого горизонта имеют хлоридно-гидрокарбонатный натриевый состав с минерализацией 400-800 мг/дм3, в нем отмечаются повышенные содержания сероводорода (3-5 мг/дм3) и фторидов (до 8-11 мг/дм3). По химическому составу воды руднокристаллического водоносного горизонта зоны слабого водообмена хлоридные натриевые, слабощелочные, со значительным варьированием сухого остатка (таблица 1).

Таблица 1. Химический состав вод руднокристаллического горизонта, дренируемых скважинами в подземных выработках Яковлевского рудника.

Воды руднокристаллического водоносного горизонта также содержат такие микрокомпоненты, как фтор, бор, бром, кремний. Согласно заключению Института курортологии и физиотерапии, выполненное еще в 1970 г., «…воды руднокристаллического водоносного горизонта могут быть использованы для питьевого лечения заболеваний органов пищеварения и при нарушении обмена веществ» (с. 439, Гидрогеология СССР. Т. IV, 1971 г.). В рамках реализации концепции комплексного использования полезных ископаемых в 2004 г. был поставлен вопрос об использовании дренируемых вод руднокристаллического горизонта в бальнеологических целях. При этом попутно могут решаться экологические вопросы, связанные со снижением объема сброса хлоридных натриевых вод в речную систему Днепра.

Сложность гидрогеологических условий Яковлевского рудника определяется следующими факторами:1) значительной глубиной залегания рудной залежи (более 525 м); 2) присутствием в кровле рудного тела напорного и неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта, гидравлически связанного с руднокристаллическим горизонтом; 3) отсутствием выдержанных водоупоров между двумя вышеупомянутыми водоносными горизонтами; 4) неоднородностью по проницаемости водовмещающих пород нижнекаменноугольного и руднокристаллического водоносных горизонтов; 5) повышенными содержаниями хлор-иона, натрия, фторидов, брома, бора, сероводорода и, соответственно, повышенной минерализацией подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта; наиболее высокие минерализации хлоридных натриевых вод (до 10000-12000 мг/дм3) отмечаются в зонах тектонических трещин кристаллического массива; 6) руднокристаллический горизонт осушен в пределах первой очереди отработки рудника и сохраняет высокие напоры за пределами фронта горных работ.

Разработанная в 70-х годах прошлого века схема осушения Яковлевского месторождения железных руд предусматривала комбинированный способ дренажа руднокристаллического и нижнекаменноугольного водоносных горизонтов. При этом дренаж горизонта нижнего карбона заключался в предварительном снятии части напора в нем с помощью водопонизительных скважин и дополнительное осушение этого горизонта подземным способом системой дренажных горных выработок с опережающими и восстающими скважинами. Руднокристаллический горизонт предлагалось осушать подземным способом.

В настоящее время осушается только руднокристаллический водоносный горизонт на отметке - 425 м с помощью горизонтальных и наклонных опережающих скважин. К концу 1992 г среднегодовой приток к горным выработкам составил 410 м3/час, в 2007 г наблюдается незначительное его возрастание до 440 м3/час. Дренаж рудной залежи привел к усилению процессов перетекания воды в рудную толщу как из вышележащих нижнекаменноугольных отложений, так и из более глубоких частей фундамента за счет роста градиентов напора.

Поскольку развитие фронта горных работ Яковлевского рудника осуществляется под неосушенным высоконапорным водоносным горизонтом нижнего карбона, то в таких условиях согласно действующим нормативам (СНиП 2.06.14-85) рассматривается вариант размещения подземных выработок под водными объектами.

2. Развитие фронта горных работ приводит к усилению перетекания вод из неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта, что вызывает расширение спектра минерализации вод руднокристаллического горизонта, увеличение содержания фторидов и сероводорода, а также вторичное увлажнение БЖР, повышающее возможность формирования локальных прорывов подземных вод.

Развитие фронта горных работ ведет к разуплотнению БЖР в кровле выработки и усилению процессов перетекания из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного горизонта, что, в свою очередь, ускоряет вторичное увлажнение БЖР. Расчет времени перетекания выполнен по формуле Цункера, результаты расчета представлены в таблице 2:

, (1)

где t - время перетекания, сут; n - пористость руд; ДН - действующая разность напоров нижнекаменноугольного и руднокристаллического горизонтов, м; K - коэффициент фильтрации пород защитного целика, м/сут; m - мощность защитного целика, м.

По результатам расчета времени перетекания, даже минимальные коэффициенты фильтрации (0,001 м/сут) не обеспечивают гарантии отсутствия вторичного увлажнения БЖР. При вторичном увлажнении БЖР резко снижается их прочность, что может спровоцировать локальные прорывы воды в подземные выработки.

Таблица 2. Расчет времени перетекания подземных вод из нижнекаменноугольного горизонта в горизонт -370 м.

На настоящем этапе развития фронта горных работ на Яковлевском руднике особенно важным является определение безопасной мощности целика между подошвой неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта и кровлей подземной выработки на горизонте -370м. Наиболее низкая абсолютная отметка контакта известняков нижнего карбона с рудным телом в пределах лежачего бока составляет -317 м, поэтому мощность целика принимается равной [-317м-(-370м)]=53 м. Для определения величины предельного напора была использована формула В.А. Мироненко - В.М. Шестакова:

, (2)

где m - мощность целика, разделяющего одиночную выработку от напорного горизонта, m=53 м; гв и гп - величины плотности воды и пород (руд) целика соответственно; С и - параметры сопротивления сдвигу пород целика: сцепление и угол внутреннего трения; о - коэффициент бокового давления в толще пород (руд), о=0,67; b - ширина кровли одиночной выработки, b=13,0 м. В этой формуле всегда должно выполняться условие b > tg·m·о, в противном случае целик всегда заведомо устойчив.

Прорыв возможен, если действующий напор Нд>Нпр. В противном случае гарантирована устойчивость целиков и отсутствие прорывов. Величины критических напоров определялись для двух вариантов: 1) руды полностью осушены; 2) БЖР следует рассматривать как водонасыщенные руды, в том числе и за счет перетекания; при таком варианте снижаются показатели сопротивления сдвигу (С и ) и возрастает величина плотности.

Осушенные руды. Для них характерны практически постоянные значения угла внутреннего трения =23° (tg =0,424), величина сцепления варьирует в зависимости от наличия структурных связей, положения слоистости к направлению сдвигающего усилия, а также плотности руды (см. таблицу 3). Коэффициент бокового давления был замерен непосредственно в подземных выработках Яковлевского рудника и составил о=0,67. При проверке соотношения b и tg·m·о получили, что произведение tg·m·о = 15,1 м. В этом случае прорыв маловероятен, поскольку проектная ширина выработки b=13,0 м. В условиях осушенного рудного тела прорыв возможен лишь при уменьшении мощности разделяющего целика до 47 м.

Неосушенные руды. Угол внутреннего трения для БЖР в этом случае снижается до =8° (tg=0,14). Значение трехчленного компонента формулы для определения Нпр будет составлять tg·m·о = 0,14·53·0,67 ? 5,0 м, т.е. b > tg·m·о.

При определении Нпр с использованием вышеприведенных параметров предельно-допускаемый напор каменноугольного горизонта не должен превышать 385 м. На июнь 2007 г действующий напор в нижнекаменноугольном горизонте более 400 м, поэтому не исключается вероятность формирования локальных прорывов на участках максимального разуплотнения и водонасыщения БЖР в целиковой зоне не представляется возможным.

Наиболее опасная ситуация возникает при вторичном увлажнении БЖР. Вторичное увлажнение возможно при ведении очистных работ широким фронтом, когда резко возрастает разуплотненность БЖР, повышается их пористости, что подтверждается экспериментами, выполненными в экспериментальном штреке сотрудниками каф. ГГиИГ СПГГИ(ТУ). Сопротивления сдвигу вторично увлажненных БЖР характеризуются снижением сцепления до 0,025-0,22 МПа. Разуплотнение сказывается также на величине гп. Расчеты Нпр выполнены при = 8° и различных значениях сцепления. При этом величина b остается постоянной и равна 13,0 м (таблица 3).

Таблица 3. Значения Нпр при варьировании параметра сцепления вторично увлажненных БЖР.

Следовательно, вторичное увлажнение БЖР при мощности целика 53 м может привести к возникновению локальных прорывов подземных вод из вышележащего неосушенного нижнекаменноугольного водоносного горизонта при условии, что в подошве известняков нижнего карбона отсутствуют водоупорные слои, а в разрезе рудного тела преобладают вторично увлажненные БЖР.

Обеспечение устойчивости подземных выработок в ходе ведения очистных работ возможно при снижении величины b до 5,0 м, либо увеличении мощности потолочины до 65 м и выше. Следовательно, при проектной ширине выработки b = 13,0 м отсутствие прорыва подземных вод гарантируется только в полностью осушенном рудном теле. Соответственно, необходима реализация действенного контроля, прежде всего, за процессами перетекания вод из нижнекаменноугольного горизонта в рудную толщу. В ходе процесса перетекания формируются воды с новым химическим составом, для которого характерны повышенные по сравнению с фоновыми (см. таблицу 1) концентрациями гидрокарбонатов (300-450 мг/дм3), снижение концентрации хлоридов (до 300-600 мг/дм3), а, следовательно, и минерализации, значения которой не превышают 1000 мг/дм3, повышение содержаний фторидов и появление сероводорода. Такие изменения компонентного состава вод могут служить гидрохимическими индикаторами процесса перетекания. По результатам проведенного гидрогеохимического мониторинга с использованием полевых методов замера неустойчивых соединений (H2S, фторидов и др.) с помощью селективных электродов и электронного иономера АНИОН 7020 на участке первой очереди отработки Яковлевского рудника были определены области перетекания пресных вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта и, соответственно, новые зоны вторичного увлажнения БЖР (рисунок 2).

Рисунок 2 - Положение точек замера Н2S на плане горных работ (горизонт - 425 м) и выделение зон перетекания вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта (по данным на февраль 2007 г)

3. Совершенствование системы гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга дает возможность контролировать зоны вторичного увлажнения БЖР для оценки безопасного ведения горных работ и оконтурить зоны с постоянным составом подземных вод по макро- и микрокомпонентам для их последующего использования в бальнеологических целях.

Изучение особенностей водопроявлений на горизонте -425 м Яковлевского рудника по данным наблюдений геологического отдела, а с 2005 года и по данным гидродинамического и гидрохимического мониторинга позволило установить наличие трех типов вод по минеральному составу, которые могут быть использованы в бальнеологических целях (рисунок 3).

Рисунок 3 - Положение областей развития трех типов минеральных вод, в пределах первой очереди отработки Яковлевского рудника (горизонт -425 м)

Первый тип I(ЯР) - подземные воды руднокристаллического водоносного горизонта, вскрытые в порожняковом и грузовом квершлагах за пределами зоны влияния фронта горных работ, соответственно макро- и микрокомпонентный состав этих вод близок к естественному. Это воды гидрокарбонатно-хлоридного натриевого состава с минерализацией 1000-1800 мг/дм3 (таблица 4). Аналогами подземных вод I (ЯР) типа можно назвать такие минеральные воды как «Миргородская», «Охтинская», «Екатерингофская», «Мариинская».

Таблица 4. Содержание макро- и микрокомпонентов в водах I(ЯР) типа

Воды второго типа II(ЯР) приурочены к зонам развития руднокристаллического горизонта, формирование химического состава которого происходит под влиянием перетекания нижнекаменноугольного горизонта. Они характеризуются снижением минерализации (до 600-800 мг/дм3), превалированием гидрокарбонатов над хлоридами при постоянстве содержания натрия, а также возрастанием концентраций фтора и сероводорода по сравнению с водами I(ЯР) типа (таблица 5). Схожим химическим составом обладают минеральные воды «Березовская», «Днепропетровская», «Ташкентская». Повышенные содержания фтора в воде II(ЯР) типа расширяют спектр бальнеологических показаний; этот компонент способствуют выносу радионуклидов и тяжелых металлов из организма, а также благотворно влияют на костную ткань и предотвращают образование солей в организме.

Таблица 5. Содержание макро и микрокомпонентов в водах II(ЯР) типа

Третий тип III(ЯР) - воды тектонических трещин кристаллического массива с минерализацией до 8000-12000 мг/дм3 (таблица 6), расположенных вне зоны влияния горных работ, состав которых может меняется только в зависимости от воздействия природных факторов. Используемые в качестве лечебных минеральные воды «Друскининкай», «Семигорская», «Витаутас», «Таллицкая» можно назвать аналогами вод III(ЯР) типа подземных вод Яковлевского рудника.

Таблица 6. Содержание макро и микрокомпонентов в водах III(ЯР) типа

подземный вода яковлевский рудник

Для оценки перспектив использования выделенных трех типов вод в качестве питьевых лечебных (I(ЯР), II(ЯР) и III(ЯР) типы),а также для ванн и орошений (III(ЯР) тип) в июне 2007 г Испытательным Лабораторным Центром филиала ФГУЗ «Центра гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербурге» был выполнен полный химический анализ макро- и микрокомпонентного состава этих вод по 36 компонентам, который показал, что содержания в воде тяжелых металлов, нефтепродуктов и других вредных и токсичных микрокомпонентов значительно ниже предельно-допустимых концентраций для питьевых вод. Кроме того, подтверждением качества подземных вод Яковлевского рудника служат специальные исследования 2005 года с использованием рентгенофлуоресцентного анализа и фотометрии, выполненные в лаборатории кафедры общей и физической химии СПГГИ(ТУ) под руководством проф. Д.Э Чиркста.

Для оценки стабильности химического состава подземных вод руднокристаллического водоносного горизонта, рекомендуемого для использования в бальнеологических целях, а также установления и оконтуривания возможных зон перетекания вод из вышележащего нижнекаменноугольного водоносного горизонта необходимо регулярное выполнение комплексного гидрогеодинамического и гидрохимического мониторинга. Совокупность гидрогеохимических и гидродинамических исследований позволит спрогнозировать интенсивность процессов перетекания для принятия оперативных решений по дренажу и предупреждения формирования локальных прорывов из нижнекаменноугольного водоносного горизонта.

К 2007 году в рамках реализации комплексного использования природных ресурсов Яковлевского рудника - железных руд и минеральных вод, разработанный в 2005 году регламент гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга получил новое дополнительное содержание: контроль за химическим составом вод руднокристаллического водоносного горизонта для оценки возможности их бальнеологического использования. При этом должны решаться следующие задачи: 1) интенсивность перетекания вод нижнекаменноугольного горизонта в рудную залежь и подтока из тектонических трещин, определяющих изменение химического состава подземных вод руднокристаллического горизонта; 2) характер изменения соотношения основных бальнеологически активных микро- и макрокомпонентов в условии развития фронта горных работ; 3) контроль за постоянством состава и качеством минеральных вод I (ЯР), II (ЯР) и III (ЯР) типов, выделенных на Яковлевском руднике; 4) контроль с целью предупреждения вторичного увлажнения БЖР защитного целика в кровле горных выработок; 5) наблюдения за положением пьезометрической поверхности нижнекаменноугольного и руднокристаллического водоносного горизонтов по существующей сети наблюдательных скважин на поверхности.

Заключение

1. Выполнен анализ закономерностей формирования химического состава вод руднокристаллического горизонта, вскрываемого горными выработками, в процессе развития фронта горных работ. Особое внимание обращено на необходимость комплексного подхода к изучению дренируемых вод Яковлевского рудника, который позволяет оценить влияние вод руднокристаллического и нижнекаменноугольного горизонтов на безопасность ведения горных работ, а также реальные перспективы использования дренируемых вод руднокристаллического горизонта в бальнеологических целях.

2. Выполнены расчеты времени перетекания подземных вод из нижнекаменноугольного водоносного горизонта в рудный пласт при различных значениях коэффициента фильтрации и пористости БЖР. Оконтурены зоны активного перетекания подземных вод нижнего карбона по состоянию на 2007 г.

3. Аналитически подтверждена возможность формирования локальных прорывов вод из водоносного горизонта известняков нижнего карбона при вторичном увлажнении БЖР в процессе перетекания. В условиях полностью осушенных БЖР возникновение прорывов в подземные выработки Яковлевского рудника исключается.

4. Изучение водопроявлений руднокристаллического водоносного горизонта в подземных выработках позволило выделить три типа вод, которые рекомендуется использовать в бальнеологических целях как лечебные, лечебно-столовые, а также для ванн.

5. Проведение гидрогеохимического и гидродинамического мониторинга позволяет оценить интенсивность процесса перетекания, проконтролировать и предупредить вторичное увлажнение БЖР, прогнозировать изменение химического состава вод типа II(ЯР) в условиях развития фронта горных работ.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Тимченко А.А. О возможности бальнеологического использования шахтных вод железорудных месторождений КМА // Гидрогеология и карстоведение: Межвуз. сб. науч. тр, Пермь: Перм. ун-т, 2006, Вып.16. С. 102-110.

2. Тимченко А.А. Особенности гидрогеохимической зональности Яковлевского месторождения КМА // Гидрогеология и карстоведение: Межвуз. сб. науч. тр, Пермь: Перм. ун-т, 2006, Вып.16. С. 111-116.

3. Дашко Р.Э., Тимченко А.А. К вопросу о возможности комплексного использования природных ресурсов на Яковлевском месторождении КМА // Материалы II Международной научной конференции. Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. Белгород, 2006. С. 320-325.

4. Коротков А.И., Тимченко А.А.Проблема использования вод руднокристаллического водоносного горизонта в бальнеологических целях // Записки Горного института, 2006, т.168. Современные проблемы горной промышленности. С. 223-230.

5. Дашко Р.Э., Тимченко А.А. Анализ и оценка результатов гидрогеохимического мониторинга подземных вод для обеспечения безопасности ведения горных работ на Яковлевском руднике // Записки Горного института, 2007, т.172. Современные проблемы горной науки. С. 170-173.

6. Timchenko A. Strategy for Water Protection at Jakovlevsky High-Grade Iron-Ores Deposit. Freiberger Forschungsforum 57.Berg- und Huttenmannischer Tag 2006, Kolloquium 12, “Development, Exploitation and Processing of Raw Materials”. Institut fur Geologie, TU Bergakademie Freiberg, Freiberg, 2007. P. 52-56.

Размещено на Allbest.ru