Встатье авторы приводят свои предложения по предотвращению чрезвычайных ситуаций, которые были проблемой с 2012 года, с точки зрения поиска и устранения источников подземных вод, которые угрожают добычной панели месторождения Тюбегатан калийной соли. В аномальной зоне предлагается устранить этот риск путем улавливания подземных вод и перенаправление по канавам штрека, который будет между четвертичной и юрской толщами на глубину 35–40 метров от поверхности земли и сбора его в зумпф технологического шурфа для дальнейшей откачки на земную поверхность.
Ключевые слова: штрек, инфильтрация, миграция, локализация, кровли и борта горной работы.
In the article, the authors present their proposals for the prevention of emergencies, which have been a problem since 2012, from the point of view of finding and eliminating groundwater sources that threaten the mining panel of the Tubegatan potash salt deposit. In the anomalous zone, it is proposed to eliminate this risk by capturing groundwater and redirecting drift along the ditches, which will be between the Quaternary and Jurassic strata to a depth of 35–40 meters from the surface of the earth and collecting it into the sump of the technological pit for further pumping to the earth's surface.
Key words: drift, infiltration, migration, localization, roofs and sides of mining.
Причиной решения данной задачи послужил мощный водоприток, поступивший в 2012 году в отрабатываемую панель № 2 Тюбегатанского месторождения и непрекращающийся до настоящего времени. Расход рассола составил 45–50 л./сек, минерализация — до 300 г/л. В результате водопритока в 1,0–1,3 км ниже по течению р. Туяшсай начали образовываться провальные воронки диаметром 8–12 м прослеженной глубиной до 22 м. Эти горнотехнические и гидрогеологические ситуации создают чрезвычайное положение на руднике. Специалистами было высказано предположение, что водоприток в шахтное поле образуется также за счет накопления воды в карстовых образованиях, развивающихся в прикровельной части и в самой соляной толще. Для обнаружения зон развития карста в период 2018–2019 гг. был применен метод электротомографии, как наиболее эффективный метод, обеспечивающий высокую детальность исследований.
Рис. 1. Схема расположения электротомографических профилей и предполагаемого штрека для улавливания дренированных подземных вод
В 2018 г. было выполнено 8 профилей, в 2019 г. — 6 профилей, в 2020 году 3 профиля.
Электротомографические измерения выполнялись аппаратурой “TerrameterLS” (Швеция). Обработка материалов проводилась с использованием прикладных программ ZondRes2D и ZondRes3D. По результатам измерений были построены электротомографические разрезы по ρk и ηk.
Всего были выполнены измерения по 14 профилям, в том числе 4 профиля были проложены вдоль русла сая, а 10 профилей были расположены перпендикулярно руслу сая (рис. 1.).
На месторождении Тюбегатан по левому борту р.Туяшсай были проведены геофизические работы методом ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование) по 4 параллельным профилям поперек склона левого борта сая. Всего было выполнено 245 ф.т. ВЭЗ.
В результате выявлено, что изучаемый геологический разрез слагают четвертичные, меловые и юрские отложения.
Четвертичные отложения имеют мощность от 1 м до 30 м, сложены пролювиально-делювиальными отложениями.
Меловые отложения имеют мощность 15–50 м, представлены в основном переслаиванием алевролитов и песчаников, причем в приконтактовой зоне в кровле юрских отложений выявлены водонасыщенные песчаники. Особенно это отмечается на нижних (I, II) профилях.
По данным рядом расположенных скважин, дебит рассолов составляет 0,005–0,009 м/сек, а минерализация — 69,9–322,9 г/л.
Ниже залегают юрские отложения, представленные солями. Абсолютные отметки кровли солей изменяются в пределах 870–920 м. На самом низком (по склону) профиле II абсолютные отметки кровли 870–910 м, на самом высоком профиле IV абсолютные отметки 920–980 м. Глубина залегания соляных отложений составляет 25–55 м.
На разрезах выявлены два предполагаемых тектонических нарушения, которые хорошо коррелируются по всем четырем профилям. Первый разлом проходит почти в середине профилей, второй разлом расположен ближе к юго-западным окончаниям профилей. Оба разлома совпали с естественными погружениями рельефа поверхности и приурочены к временным саям и ориентировочно перпендикулярны к разлому № 7.
На разрезах отложения солей имеют очень низкие сопротивления 1–4 Ом.м, что свидетельствует о том, что они частично водонасыщены. На верхних профилях сопротивления меловых отложений так же очень низкие, менее 10 Ом.м, что указывает о высокой минерализации вод, насыщающих эти породы. Более высокие сопротивления меловых пород на профилях I и II соответствуют повышенному содержанию в них песчаников высокой плотности.
Разломы проходят почти с востока на запад, совпадая с наклоном рельефа (абсолютные значения рельефа изменяются от 962 м до 912,5 м). Следовательно, соляные растворы могут перемещаться как по разломам, так и по естественным уклонам.
Таким образом, по результатам измерений, проведенных методом электроразведки ВЭЗ на левом борту р.Туяшсай, можно сделать выводы:
1. Геологический разрез участка представлен тремя комплексами пород:
1.1 четвертичными отложениями, представленными пролювиально-делювиальными отложениями;
1.2 меловыми отложениями, состоящими из переслаивающейся толщи алевролитов и песчаников, находящихся в водонасыщенном состоянии рассолами высокой минерализации, по всей видимости наиболее водонасыщенными являются прослои песчаников, по которым идет миграция подземных вод;
1.3 юрскими отложениями, представленными соляными отложениями.
2. Приконтактовая зона меловых отложений с кровлей юрских, по всей вероятности, находится в водонасыщенном состоянии.
3. Подземные воды, находящиеся в меловых отложениях, движутся согласно наклону рельефа в сторону русла р.Туяшсай, как по песчаникам, так и по выявленным разломам и, по всей вероятности, являются дополнительными источниками обводнения в зоне развития карстовых процессов.
В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что водоприток в районе панели № 2 образовывается из подземных, дренажных, подрусловых потоков и вод, накапливаемых в вышеуказанных аномальных карстовых образованиях. Со временем эти накопленные воды естественным образом мигрируют через трещины, находящиеся на днищах или в боках карстообразований и проходят через зеркало скольжения разлома № 7, размывая по пути соляную толщу, и вскрываются на горизонте транспортного наклонного ствола по юго-западному направлению разлома № 7.
Были пробурены 6 скважин диаметром 219 мм для выбора оптимального места заложения технологического шурфа. По данным буровых работ шурф пресекает разлом № 7 ориентировочно в интервале 52–55 м.
Основываясь на данных электротомографии, ВЭЗ, результатов буровых работ и проходки технологического шурфа, предлагаются нижеследующие меры по уловливанию мигрирующих подземных вод и локализации зон инфильтрации на участках контакта между четвертичными и юрскими отложениями. Работа выполняется в два этапа.
1-й этап:
- Организовать проходку штрека сечением 3,2 м 2 вчерне зарезкой со стволом юго-западного борта технологического шурфа ориентировочно в интервале 52–55 м, где зафиксирован разлом № 7.
- При проходке штрека придерживаться от контакта четвертичных отложений с юрскими отложениями, т. е. от контакта с солевой толщей в левом борту не менее 1,0 метра от подошвы штрека (рис.2.).
- Направление штрека должно быть согласно с простиранием разлома № 7. При проходке необходимо придерживать разлом строго на середине почвы штрека для удобство дальнейшего возведения бетонной перегородки.
- Угол падения или восстания штрека определяется в зависимости от падения или восстания контакта в левом борту с придерживанием контакта юрских отложений с четвертичными не менее 1,0 метра от подошвы штрека.
- Предполагаемая длина штрека зависит от длины аномальной зоны и точек соединения двух разломов, ориентировочно перпендикулярных к разлому № 7, примыкающих со стороны левего берега р. Туяшсай. Это расстояние порядка 560 м (рис.3.);
- Штрек по всей длине крепится деревянной крепью НДО (непольный дверной оклад), расстояние между рамами 1,0 м с затяжкой кровли полностью досками толщиной 50 мм, а бортов после одного метра от подошвы штрека, т. е., от контакта пласта четвертичных отложений до борта кровли, находящейся над солевой толщей.
Рис. 2. Схема проходки штрека и возведения бетонной перегородки
2-й этап:
- Наблюдается инфильтрация подземных вод, слегка омывающих левый борт штрека (по соли) и попадающих в почву штрека и в дальнейшем в разлом № 7;
- Возводится ленточная бетонная перегородка высотой 0,5 м, шириной 0,3 м по почве штрека параллельно левому краю разлома № 7, препятствующего миграции или протеканию подземных вод, накапливаемых с левой стенки штрека в сторону разлома № 7 (рис.2.).
- Перед возведением ленточной бетонной перегородки для её устойчивости необходимо углубляться в почву на 0,2 м.
- Если четвертичное отложения склоняются вниз, то естественно штрек тоже наклоняется вниз. В таких случаях, на этих участках штрека, через каждый 50–60 метров углубляются зумпфы (ямы) для скопления мигрированных вод и откачивания шламовым насосом небольшой производительностью, с направлением через трубопровод в сторону главного зумпфа технологического шурфа.
- Если четвертичные отложения идут по восстанию относительно почвы штрека, то это является благоприятным условием для самотека мигрированных вод по канаве штрека, устроенной до бетонной перегородки и она (вода) беспрепятственно направляется в сторону главного зумпфа.
- В обоих случаях направленная вода поподает в главный зумпф шурфа для сбора в нём и последующего откачивания погружными насосами типа “Грундфосс” на дневную поверхность земли и сбрасывания по трубопроводу в специально отведенную безопасную зону.
Таким образом будут улавливаться мигрированные подземные воды и ликвидируется опасность затопления рудника на Тюбегатанском месторождении калийных солей.
