Файл: Совершенствование открытых разработок марганцевых руд УССР..pdf

рудных глин в западной и восточной частях бассейна невыдержана и изменяется в пределах от 0,5 до 14 м.

Неогеновые отложения включают породы сарматского, мэотического и понтического ярусов и яруса краснобурых глин. Отложения нижнего сармата распространены повсеместно, за исключением участков древнего размыва р. Днепр (Александровский и Коминтерновский участки),

ипредставлены серыми мелкозернистыми глинистыми пес­ ками, переходящими книзу в средне- и крупнозернистые пески. Средний сармат состоит из горизонтов темно-серых

ичерных глин, известняков-ракушечников и зеленых мер­ гелистых глин. Темно-серые и черные сланцеватые глины залегают в нижней и средней части среднесарматских от­ ложений над слоем ракушечника, ниже его или переме­ жаются с ним. Встречаются места, где эти глины отсут­ ствуют. Слой известняка-ракушечника имеет большое рас­ пространение в западной части бассейна, в восточной части

среднесарматские известняки отсутствуют. Нерасчлененная толща среднего и верхнего сармата

представлена мергелистыми глинами с прослоями мергеля мощностью от 0,1 до 1,0 м и имеет большое площадное распространение в бассейне. Эта толща включает зеленые, зеленовато-синие и серые глины. Верхнесарматские отло­ жения представлены светло-зелеными известковыми гли­ нами с прослоями белых мергелей, распространены они почти на всей площади бассейна, мощность их значи­ тельна.

Мэотические отложения встречаются в восточной части бассейна. Они представлены дельтовыми косослоистыми пе­ сками. В верхней части толщи глинистые пески переходят в неслоистую глину серо-зеленого цвета, содержащую большое количество рыхлых известковистых включений. Цвет песков светло-серый, желтоватый, реже — белый. Мощность песков и глин не превышает 4—5 м. Мэотические

10

пески и глины в восточной части бассейна встречены почти всеми поисковыми скважинами на Грушевском, Басанском и других участках. В западной части бассейна эти от­ ложения отсутствуют.

Понтическими отложениями в бассейне являются ново­ российские известняки и босфорские глины. В западной части бассейна новороссийские известняки размыты в ниж­ не-плиоценовое время, босфорские глины встречаются ред­ ко. В восточной части эти отложения представлены более полно и встречаются на большой площади.

Ярус красно-бурых глин имеет широкое распространение на водоразделах и малоэродированных склонах. Мощ­ ность яруса достигает 28 м.

Четвертичные отложения представлены в основном су­ глинками, в большинстве лессовидными, и современным овражно-балочным аллювием. В бассейне встречаются бу­ рые, красно-бурые, палево-желтые и буровато-желтые раз­ ности суглинков.

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Геологическое строение и природные условия Нико­ польского марганцевого бассейна обусловливают наличие следующих водоносных горизонтов: I) грунтовые воды со­ временного аллювия; 2) грунтовые воды аллювия древних террас; 3) грунтовые воды лессовидных суглинков; 4) водо­ носный горизонт известняков понтического яруса; 5) воды песков мэотического яруса; 6) водоносный горизонт в мер­ гелях и ракушечных прослойках верхнего и среднего сар­ мата; 7) водоносный горизонт нижнесарматских песков;

8)водоносный горизонт песков средиземноморского яруса;

9)водоносный горизонт рудовмещающей толщи палеогена;

10)водоносный горизонт эоценовой толщи; 11) воды вывет­ ренной и трещиноватой толщи зоны кристаллического массива. Эти водоносные горизонты не имеют в бассейне

11

повсеместного распространения. Большинство из них мало­ мощны и с незначительной водообильностью.

Грунтовые воды современного аллювия приурочены к от­ ложениям рек и к аллювиально-делювиальным отложениям балок. Этот горизонт на территории бассейна широко развит.

Широкое распространение в бассейне имеют грунтовые воды аллювия древних террас р. Днепр, что связано с геоморфическими особенностями бассейна. В западной части бассейна террасовые отложения встречаются в южной поло­ вине рудоносной площади и захватывают южную часть Александровского участка, Чертомлыкско-Алексеевский и Покровский участки. В восточной части бассейна в районе Коминтерновского участка террасовые отложения тоже имеют широкое распространение. Водосодержащей поро­ дой являются неоднородные мелко- и крупнозернистые пески с прослойками супесей и суглинков. Мощность водо­ носного слоя обычно 5—8 м, но местами достигает 15 м (Марьевский карьер). Этот горизонт на отдельных участках (Александровский карьер) залегает непосредственно в кров­ ле пласта или отделен от пласта слоем харьковских глин мощностью 1—4 м.

По гранулометрическому составу древнеаллювиальные пески верхних интервалов слоя в западной части бассейна представлены преимущественно мелкозернистыми и тонко­ зернистыми разностями, нижних интервалов слоя — круп­ нозернистыми и даже гравелистыми. Водопроницаемость их значительна. По данным лабораторных исследований ко­ эффициент фильтрации мелкозернистых и тонкозернистых песков изменяется от 0,1 до 14,0 місутки, крупнозерни­ стых и гравелистых — от 2 до 81 и даже до 288 м/сутки. По данным полевых исследований, коэффициент фильтра­ ции мелкозернистых и тонкозернистых песков составляет 8—12 місутки, крупнозернистых — 27 м!сутки. Водоот­ дача песков колеблется от 0,13 до 0,31. Горизонт имеет

12

напор только в зоне влияния Каховского водохранилища. По химическому составу воды являются гидрокарбонатно­ кальциевыми с массой сухого остатка от 160 до 1480 мгіл.

В восточной части бассейна коэффициент фильтрации песков, по данным опытных откачек, составляет от 11 до 13 м/сутки. Водоотдача их изменяется от 0,22 до 0,31. В этой части бассейна горизонт безнапорный.

Грунтовые воды отложений лессовидных суглинков рас­ пространены повсеместно. Обычно этот горизонт мало об­ воднен; в большей части увлажнена только его нижняя часть. Для толщи суглинков характерна так называе­ мая «верховодка».

Водоносные горизонты известняков понтического яруса и песков мэотического яруса встречаются только в восточ­ ной части бассейна. На западе эти пески полностью отсут­ ствуют. Водообильность горизонтов незначительна.

В верхнем и среднем сармате водоносный горизонт в мер­ гелях и ракушечных прослоях, как правило, безнапорный. Местами, где прослойки мергеля и ракушечника отсутст­ вуют, воды встречены в мергелистых глинах, в прослоях песков и в черных глинах с битой ракушкой. Обводненные прослои отмечаются скважинами и наблюдаются по бор­ там карьеров в общей толще мергелистых глин поэтажно, т. е. повторяются по мере переслаивания глин, мергелей и песков. Всего выделяется до четырех водоносных слоев. Отличительной особенностью этого горизонта является пре­ рывистость его залегания и распространения по площади. Из всех пород, покрывающих рудный пласт, мергелистые глины имеют самую большую мощность (до 40 м). Этот водоносный горизонт отрицательно сказывается на устой­ чивости бортов карьеров.

Водоносный горизонт нижнесарматских песков является наиболее мощным и наиболее распространенным из всех горизонтов надрудной толщи пород. Водосодержащей тол­

13

песков. Мощность слоя составляет 3—6 м. Коэффициент фильтрации песков по лабораторным данным изменяется от 0,01 до 22,6 місутки, по данным опытных откачек — от 2,91 до 12,35 м/сутки, среднее значение 3—4 місутки. Водоотдача песков колеблется в пределах 0,09—0,31. По химическому составу воды песков сульфатно-хлоридно- натриево-магниевые с массой сухого отстатка 1620— 6700—мгіл. На большей площади западной части бассейна горизонт является безнапорным, в восточной части — по­ всеместно имеет напор. Средняя высота напора составляет 10—15 м. На ряде участков, расположенных вблизи рек и глубоких балок, гидростатический напор отсутствует, и вода содержится только в нижней части песчаного слоя. По данным замеров уровня воды в скважинах установлено, что дренирующее действие бортов (Богдановского и Шев­ ченковского карьеров) на нижнесарматский горизонт яв­ ляется незначительным.

Водоносный горизонт песков средиземноморского яруса носит островной характер, так как эти пески залегают лин­ зами в зеленых глинах.

Водоносный горизонт рудовмещающей толщи палео­ гена приурочен к подрудным пескам харьковско-бучакского возраста, к песчаным разностям марганцевого рудного пласта и к песчаным прослоям подрудных глин. Основная часть воды заключена в мелкозернистых песках мощностью от 2 до 20 м. Пески не имеют повсеместного распростране­ ния и отсутствуют там, где под рудой залегают глины, каолины или кристаллические породы. Подрудные водо­ носные пески широко распространены на Александровском, Богдановском и Грушевском участках. Напор горизонта достигает 20—25 м. Рудный пласт содержит воду только в нижней своей части; верхние пачки пласта обычно гли­

14

нистые и безводные. В местах, где руда залегает на каоли­ нах и перекрывается глинами харьковского яруса, водо­ носный горизонт рудовмещающей толщи отсутствует. Коэф­ фициент фильтрации песков этого горизонта составляет по лабораторным испытаниям от 0,013 до 8 м/сутки и по дан­ ным опытных откачек — от 0,4 до 2,76 місутки. По хими­ ческому составу воды горизонта в западной части бассейна преимущественно сульфатно-хлоридно-натриево-магниевые с сухим остатком 810—7600 мг/л\ в восточной части — сульфатно-хлоридно-натриевые с сухим остатком 1740— 2060 мг/л. Водоносный горизонт рудовмещающей толщи является основным источником обводнения карьерных по­ лей бассейна. В районе ведения открытых работ горизонт рудовмещающей толщи практически не сдренирован.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОД

В основу всех расчетов устойчивости породных масси­ вов и их оснований принимаются полевые и лабораторные исследования пород. Целью полевых и лабораторных ис­ следований является получение необходимых показателей механической прочности и физического состояния пород для того чтобы представить картину поведения этих пород при изменении нагрузки (удаление вскрышных пород, от­ сыпка отвалов) или условий залегания (изменение уровня грунтовых вод, выщелачивание и т. п.).

Определения прочности пород месторождения на сдвиг т для расчета устойчивости бортов и отвалов карьеров от­ личались от обычно принятых в строительной практике. Эта особенность испытаний была отмечена Ю. Н. Малюшицким для всего комплекса пород, слагающих борт, отвалы и их основание.

Так как нарезка бортов карьера сопровождается разуп­ лотнением пород, ранее нагруженных вышележащими тол­ щами, то испытания' сопротивляемости сдвигу для опреде­

15

ления их устойчивости в бортах карьеров велись на ветви разгрузки с допущением свободного набухания породы, находящейся под нормальными нагрузками ст, при которых производился срез. При определении сопротивляемости сдвигу пород, укладываемых в отвал, наоборот, испытания производились на ветви уплотнения. Кривые зависимости т = / (о) строились в диапазоне сжимающих нагрузок от нуля до пределов, отвечающих природной нагрузке (слу­ чай выемки) или максимально возможной (случай насыпи).

Так как расчеты ведутся обычно на долгосрочную устой­ чивость откоса, то в качестве расчетных показателей со­ противляемости сдвигу приняты: а) первый показатель ф, равный углу наклона к горизонту касательной в данной точке кривой т = / (а) и б) второй показатель с, равный отрезку на оси ординат, отсекаемому этой касательной. Оба показателя являются величинами переменными, зави­ сящими от нормальной нагрузки.

Правильность и надежность расчета устойчивости бор­ тов и отвалов карьеров в большой степени определяется вы­ бором расчетных показателей породы. Заниженные рас­ четные показатели дадут при расчетах заниженные углы борта и отвалов карьера, что влечет излишнее, ничем не оправданное увеличение объемов вскрыши, необходимость применения машин с большими параметрами, удлинение сроков строительства и т. д. Завышенные расчетные пока­ затели, наоборот, приведут к завышенным против допу­ стимых по условиям устойчивости углам бортов и уступов и к их разрушению.

Выбор расчетных показателей выполнен с особой тща­ тельностью и осторожностью, в соответствии с современ­ ными требованиями:

а) в зависимости не только от состава, но равным об зом и от состояния изучаемых пород — в первую очередь в зависимости от плотности породы;

16