Влияние горного производства на недрах

Воздействие горного производства на недра проявляется в проведении горных выработок, извлечении полезных ископае­мых, вскрышных и вмещающих пород, осушении или обводне­нии месторождений (или их участков), сбросе сточных вод, за­хоронении отходов производства. В результате этого воздейст­вия изменяется напряженно-деформированное состояние мас­сива горных пород, снижается качество полезных ископаемых, образуются потери минерального сырья, происходит возгора­ние полезных ископаемых и вмещающих пород, загрязнение недр, в них развиваются карстовые процессы.

Изменение напряженно-деформированного состояния мас­сива горных пород. Известно, что массив горных пород ха­рактеризуется определенным напряженно-деформирован­ным состоянием.

Выделяют три тектонические формации, отличающиеся определенными особенностями формирования поля напря­женности: районы древних кристаллических щитов; районы отложения осадочных пород на кристаллических платфор­мах; районы современной тектонической активности. Рай­оны древних кристаллических щитов (например, Кольский полуостров и др.) характеризуются высокими горизонталь­ными напряжениями, обусловливаемыми естественным тан­генциальным сжатием твердой оболочки земной коры. Рай­оны отложений осадочных пород на кристаллических плат­формах характеризуются отсутствием тектонических напря­жений. В таких районах напряженность массива горных по­род определяется гравитационными силами и силами боко­вого распора. Районы современной тектонической активно­сти характеризуются особенно сложной картиной напря­женности массива горных пород. В этих условиях наряду с большими горизонтальными напряжениями на отдельных локальных участках вертикальные напряжения могут быть больше или меньше' величины уН (где у — плотность пород, Н — глубина горных работ).

При проведении горных выработок в области их влия­ния происходит изменение поля напряжений, при этом ха­рактер изменения имеет определенные особенности для со­ставляющих, обусловленных различными силами. Напри­мер, изменение напряжений, обусловливаемых силами бо­кового распора, носит иной характер, чем изменение напря­жений, обусловливаемых гравитационными или гидростати­ческими силами.

В неподработанном массиве (при горизонтальной зем­ной поверхности) направление одного из главных напряже­ний G является вертикальным. Под углом (45° — /2) к нему можно провести два семейства поверхностей скольжения (где — угол внутреннего трения). Под углом 90° к напря­жению ел действует напряжение _з. При подработке гори­зонтальной (или пологой) залежи направления действия главных напряжений ₁ и _з существенно меняются. Направ­ление напряжения аз в отдельных точках массива совпадает с направлением смещения в этих точках, а направление ₁ ста­новится перпендикулярным к направлению _з.

Потери минерального сырья. Одно из наиболее значитель­ных воздействий горного производства на недра — неполное использование содержащихся в них минеральных ресурсов.

Большой объем потерь полезных ископаемых возникает при их добыче и переработке. Наиболее характерные виды потерь угля при открытой и подземной разработке: в почве и кровле пластов, при селективной разработке пластов, в це­ликах между заходками, при зачистке площадок и откосов угольных уступов, взрывных работах, обогащении в забое и на транспортерных лентах, транспортировании. На рудни­ках черной и цветной металлургии основная масса потерь возникает в приконтурной зоне и на контактах руды с по­родными прослоями, не включенными в балансовые запасы. При разработке месторождений фосфатного сырья основная масса потерь возникает при отработке и зачистке кровли и почвы пласта, а при разработке калийных руд — в междука­мерных целиках.

Снижение качества полезных ископаемых. При эксплуа­тации месторождений полезных ископаемых происходит снижение качества сырья (по сравнению с природным). При этом уменьшается содержание полезного компонента в до­бытой горной массе, увеличивается его влажность, привно­сятся вредные компоненты из вмещающих пород и др. При­чины снижения качества добытого полезного ископаемого различны. Так, при добыче угля открытым способом его влажность очень часто оказывается выше геологической. Это связано с тем, что в результате выемки вышележащих пород полезное ископаемое набухает (если оно представлено склонными к набуханию породами), или же с тем, что полезное ископаемое под влиянием экскавации и буровзрывных работ частично разрыхляется и впитывает дополнительную влагу. Снижение содержания полезного и увеличение содер­жания вредного компонентов в добытой горной массе может быть связано с попаданием пустых пород в очистные забои, несоответствием применяемой техники и технологии ведения горных работ горно-геологическим условиям месторождения.

Карстовые процессы в массиве горных пород. Осушение месторождений, намеченных к разработке, может значи­тельно интенсифицировать карстовые процессы. В карсто­вых пустотах, образующихся при выщелачивании легкорас­творимых пород (карбонатов, сульфатов, солей и др.), нака­пливается большое количество подземных вод, способных прорываться в горные выработки и представляющих опас­ность при разработке месторождений. При наличии карсто­вых полостей возникает угроза попадания в них людей, гор­ного оборудования и транспортных средств. Карстовые процессы в условиях открытой разработки месторождений вызывают дополнительные количественные и качественные потери полезного ископаемого, затрудняют ведение буровзрывных работ и работу карьерного транс­порта. На устойчивость уступов и бортов карьеров также влияют карстовые процессы, вызывая деформации откосов.

Загрязнение недр происходит в основном за счет захоро­нения в них отходов промышленного производства. Сущест­вует ряд способов захоронения отходов в недрах земли: ис пользование горных выработок отработанных шахт и руд­ников; создание специальных искусственных полостей; на­гнетание отходов (чаще жидких) в гидрогеологические струк­туры (поглощающие водоносные горизонты) и др. В погло­щающие горизонты удаляются сточные воды нефтедобы­вающей и нефтеперерабатывающей промышленности, жид­кие отходы повышенной токсичности. Ежегодно в недра за­качивается около 120 тыс. м³ рассолов и 1,8 млн м³ засолен­ных сточных вод, образовавшихся при добыче соли.

Возгорание полезных ископаемых и вмещающих пород. Ус­ложнение горно-геологичеких условий разработки связано, в частности, с вовлечением в эксплуатацию месторождений полезных ископаемых и вмещающих пород, склонных к са­мовозгоранию.

Дата добавления: 2014-01-05