Влияние горного производства на недра

Воздействие горного производства на недра проявляется в проведении горных выработок, извлечении полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, осушении или обводнении месторождений (или 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

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.

1. Районы древних кристаллических щитов, характеризуются высокими горизонтальными напряжениями, обусловливаемыми естественным тангенциальным сжатием твердой оболочки земной коры.

2. 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.

3. 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 Н (где V - удельный вес 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.

Одно из наиболее значительных воздействии 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.

Нa рудниках черной и цветной металлургии основная масса потерь возникает в приконтурной зоне и на контактах руды с породными прослоями, не включенными в балансовые запасы.

Велики потери при извлечении полезных компонентов при обогащении сырья и в металлургическом переделе.

Выделяют два вида потерь при переработке полезных ископаемых: технологические и организационные.

К технологическим относятся потери:

1. Зависящие от природного качества руды, поступающей на переработку.

2. Связанные с системой разработки месторождения, организацией горных работ и способом добычи.

3. Связанные с принятой технологией переработки.

В организационные включены потери:

1. Связанные с нарушением принятой технологии.

2. Зависящие от организации и управления предприятием, не связанным с процессом переработки.

3. Возникающие в процессе переработки.

По продуктам переработки и технологическим процессам потери ценного компонента распределяются следующим образом:

1. Потери при рудоподготовке - хвосты сепарации, пыли.

2. Потери при обогащении - отвальные хвосты, отвальные шламы, разноименные концентраты, пыли, промстоки.

3. Потери при гидрометаллургии - кеки, осадки, промстоки.

4. Потери при пирометаллургии - шлаки, пыли, газы.

В прошлом, при незначительных масштабах добычи и переработки полезных ископаемых и отработке месторождений с простыми горно-геологическими условиями, объемы потерь минерального сырья не вызывали особой тревоги. В настоящее время, учитывая резко возросшие размеры добычи, неполное использование минеральных ресурсов недр является недопустимым.

Потери полезных ископаемых не только преждевременно истощают балансовые запасы, они отрицательно влияют и на экономику горнодобывающей промышленности, так как теряется не только минеральное сырье, но и часть средств, затраченных на разведку, строительство горного предприятия, подготовку месторождения к эксплуатации.

Несмотря на принимаемые меры, уровень потерь минерального сырья остается достаточно высоким. Так, при подземной добыче угля потери составляют 30-40 %, при открытой добыче они меньше - около 10%.

Общие потери полезных компонентов при добыче и переработке руд достигают 25-30 %, т. е. почти трети запасов месторождений.

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 оно под влиянием экскавации и буровзрывных работ частично разрыхляется и впитывает дополнительную влагу.

Снижение содержания полезного и увеличение содержания вредных компонентов в добытой горной массе может быть связано с попаданием в очистные забои пустых пород, 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.

На месторождениях, где разрабатываются известняки, каменная и калийная соли, гипсы и другие минеральные образования, подверженные выщелачиванию, карстовые процессы могут значительно усложнять форму тел полезных ископаемых и приводить к уменьшению запасов полезных ископаемых.

Выщелачивание известняков, подстилающих угольные пласты в Подмосковном бассейне, обусловило мульдообразное погружение и более сложные формы проседания угольных залежей, что значительно затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным эффективное использование механизированных средств угледобычи. Карстовые процессы снижают также несущую способность кровли подземных выработок.

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.