Геолого-технологическое обоснование комплексного использования известняков на карьерах Республики Дагестан

Актуальность работы. Анализ состояния сырьевой базы для производства стенового пильного камня показывает, что перспективы ее развития в Республике Дагестан ограничены из-за незначительного распространения известняков необходимого качества. Прирост запасов возможен за счет доразведки смежных участков и более глубоких горизонтов разрабатываемых карьеров.

Рациональная разработка месторождений пильного камня неразрывно связана с совершенствованием добычных технологических процессов, утилизацией отходов пиления известняков (свыше 65% перерабатываемой горной массы), а также эффективным освоением отработанных карьерных полей на площадях массовой жилищной застройки.

Почти шестидесятилетняя' разработка Дербентского месторождения пильных известняков привела, к полной отработке одних участков, обусловила неоднократную переоценку и последующую эксплуатацию других. В настоящее время Дагестанским комбинатом строительных материалов (ДКСМ) эксплуатируются Октябрьский, Первомайский, Заводской и Приморский участки месторождения: Одноименные карьеры расположены в экономически освоенном районе Дагестана, практически в черте г. Дербента.

Запасы отходов, пиления, накопленные в карьерах Дербентского месторождения известняков, превышают 2 млн. м3 и ежемесячно пополняются на 3000 м³. Освоение такого количества вторичного сырья, во-первых, будет способствовать комплексной переработке известняков месторождения, во-вторых, существенно продлит работу ДКСМ на перспективу, что особенно важно в условиях интенсивной жилищной застройки, в-третьих, решит важную социальную задачу — создание новых рабочих мест в условиях непрерывного роста численности населения г. Дербента.

Пильные известняки — высококачественный стеновой материал, характеризующийся невысокой себестоимостью добычи, в связи, с чем рациональная разработка месторождений пильных известняков и утилизация отходов камнепиления являются важными и приоритетными* задачами современного производства.

Цель работы состоит в геолого-технологическом обосновании комплексного использования известняков и отходов камнепиления на карьерах Республики Дагестан.

Идея работы заключается в установлении закономерностей пространственно-качественной изменчивости главных геологотехнологических параметров в пределах карьерных полей на основе трехмерных моделей участков месторождений известняков Республики Дагестан.

Защищаемые научные положения:

1. Известняки отдельных участков Дербентского месторождения следует считать частью единого слоистого массива карбонатных пород на основании сравнительного статистического анализа геолого-технологических параметров.

2. Установлены зависимости между объемной массой, водопоглощением и пределом прочности известняков на сжатие в сухом состоянии, которые позволяют сократить количество полных испытаний физико-механических свойств.

3. Созданные трехмерные модели геолого-технологических параметров, главным из которых является предел прочности на сжатие в сухом состоянии, участка Дербентского месторождения позволяют оперативно рассчитать объемы, занимаемые блоками известняков разного качества в различных участках карьерного поля.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются: представительным объемом геологоразведочных и экспериментальных данных, характеризующих изменчивость слоистого массива известняковприменением статистических и геостатистических методов обработки геологоразведочных данныхудовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных по геолого-технологическим параметрам пильных известняковположительной апробациейрезультатов геостатистического подсчета запасов известняков Первомайского участка месторождения.

Методы исследований. Для реализации идеи работы использованы следующие методы исследований:

— геолого-литологическое и структурное картирование известняков в контурах карьерных полей;

— построение карт в изолиниях геолого-технологических параметров на основе пакетов компьютерных программ MicroMine и Surfer;

— статистический анализ геолого-технологических параметров с помощью программ Statistica и Excel;

— трехмерное каркасное и блочное моделирование геологических и физико-механических параметров пильных известняков на* основе программного комплекса интегрированной системы MicroMine.

Научная новизна работы состоит в следующем: доказана принадлежность известняков отдельных участков Дербентского месторождения к единому слоистому массиву карбонатных пород;

— установлены корреляционные и регрессионные зависимости между объемной массой, водопоглощением и пределом прочности на сжатие пильных известняков.

— выявлена пространственно-качественная изменчивость геолого-технологических параметров слоистого массива известняков на основе трехмерного моделирования;

— установлена зависимость объемной массы известняков от глубины залегания.

Научное значение работы заключается в установлении пространственно-качественной структуры слоистого массива известняков и построении на ее основе трехмерных блочных моделей физических параметров известняков, которые являются основой рационального обоснования заложения панелей селективно разрабатывающих различные марки пильного камня на одном или нескольких уступах карьера.

Практическое значение работы состоит в разработке методики выделения технологически однородных зон на основе объемного компьютерного моделирования предела прочности на сжатие и его стандартных отклонений, обосновании подсчета запасов известняков геостатистическим методом, утилизации отходов камнепиления для производства строительного кирпича методом гиперпрессования и освоении отработанных карьеров путем водохозяйственной рекультивации.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Для доработки недопиленных уступов массива известняков низкоуступными машинами СМР-26, СМ-89М в настоящее время ДКСМ применяет высокоуступные камнерезные машины МКД-1, МКД-2у, что позволит извлечь дополнительно 944 тыс. м3 пильного камня только в контуре Первомайского карьера.

Разработанные рекомендации по утилизации внутрикарьерных отвалов скальной вскрыши и отходов пиления камня реализованы в организации ряда попутных производств комовой извести, щебня и, главным образом, в пуске технологической линии производства маломерного кирпича методом полусухого прессования с твердением в естественных условиях. При выходе технологической линии на проектную мощность 4 млн. штук кирпича в год будет утилизироваться ежегодно около 8000 м отходов камнепиления, что существенно продлит работу ДКСМ на перспективу, с учетом запасов накопленных отходов.

Предложения по водохозяйственной рекультивации Приморского карьера, разрабатывающего пильный камень на глубине 5,1 м ниже уровня Каспия и отстоящего менее 100 м от уреза воды, учтены в рабочем проекте «Дагморниипроект» по созданию гавани с причалами для яхт и катеров и спортивно-оздоровительного комплекса «Чайка» г. Дербента.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили одобрение на семинарах кафедры геологии МГГУ (2009;2010 гг.), в Министерстве природных ресурсов Республики Дагестан (2009 г.) и ежегодной научной конференции «Неделя горняка» (Москва, 2009;2010гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 22 таблицы, 62 рисунка и список литературы из 85 наименований.

Основные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Анализ состояния сырьевой базы для производства стенового пильного камня показывает, что перспективы ее развития в Республике Дагестан и Дербентском районе ограничены ввиду незначительного распространения известняков необходимого качества. Возможности прироста запасов за счет разведки смежных участков и более глубоких горизонтов разрабатываемых участков по существу нереальны, так как. перевод земель смежных участков в промышленную категорию влечет огромные выплаты на возмещение потерь. Важный резерв комплексного использования известняков Дербентского месторождениявыпуск строительного кирпича, методом1 гиперпрессования из отходов камнепиления и камнеобработки.

2. Анализ описательных статистик, гистограмм, корреляционных матриц и дендрограмм показывает, что структуры и взаимосвязи параметров Октябрьского и Первомайского участков имеют значительные черты сходства, что позволяет сделать вывод о том, что участки являются частью. единого целого — Дербентского месторождения пильных известняков. Установленные корреляционные и регрессионные зависимости между геолого-технологическими параметрами известняков позволяют сократить количество полных испытаний физико-механических свойств, заменив их сокращенными, и применять к другим, имеющим самостоятельное промышленное значение, участкам месторождения.

3. Анализ модельных вариограмм по латерали показывает, что принятая плотность разведочных сетей детальной разведки Октябрьского и доразведки Первомайского участков соответствует структуре изменчивости параметров слоистого массива месторождения. По мощности слоистый массив характеризуется зональным типом анизотропии. Дырочный эффект на вариограммах параметров по скважинам имеет размеры дырок 1,5 — 3,3 м. Обобщенная вариограмма параметра 8, описанная двумя модельными, функциями сферической и смешанной Паддингтона, имеет соответственно зону влияния 3,1 м и цикличность 2,0 м. Это свидетельствует о периодических колебаниях качества добываемых известняков по мощности и определяет размер пустого блока по мощности в 1,0 м.

4. Каркасная модель участка месторождения позволяет определить объемы горных работ по каждому геолого-технологическому типу горных пород с учетом необходимого количества горно-добычного оборудования.

5. Блочные 3−0 модели параметров Б, У, 8 кондиционных известняков участка доразведки, примыкающего к Первомайскому карьеру, являются основой рационального обоснования заложения панелей, разрабатывающих различные марки пильного камня на одном уступе, и перспективного планирования его разработки на различных уступах. Геостатистическим подсчетом запасов кондиционных известняков получена качественно новая информация о строении и характеристике запасов месторождения. Расхождение в количестве запасов по сравнению с методом геологических блоков +4,2%.

6. Использование отходов камнепиления для производства комовой извести, бутового камня, щебня, известняковой муки, малоразмерного кирпича методом гиперпрессования способствует наиболее полному освоению добываемых объемов известняков, увеличивает доходность комбината и создает дополнительные рабочие места, улучшая социальную обстановку в регионе.

7. Освоение нарушенных горными работами земель путем водохозяйственной рекультивации ряда карьеров определяется социально-экономическим развитием района, комплексным использованием известняков и необходимостью организации в черте г. Дербента объектов культурно-бытового и спортивно-оздоровительного направления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании выполненных исследований в диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи геолого-технологического обоснования комплексного использования известняков на карьерах Республики Дагестан, что вносит существенный вклад в теорию и практику горнопромышленной геологии.