Technogenic layering in iron ore pit dumps: formations, ordering, and geodynamic interaction with hostrock

Abstract

Мета статті – відобразити й за можливості пояснити закономірності внутрішньої будови техногенних нагромаджень залізорудних кар’єрів “Північний” та “Південний” поруч м. Кривий Ріг. Методика досліджень така: а) польові виміри та фіксація даних; б) лабораторне опрацювання даних, що передбачало: проєктування структурних даних, статистичний аналіз та розрахунки усереднених значень азимутів, кутів падінь і розкид цих значень для площинних структурних елементів ціликів й техногенних нагромаджень, а також кутів обертань ціликів та площин структуризації техногенних утворень. Новизна результатів дослідження: а) встановлено різний ступінь структуризації техногенних нагромаджень (осипів, насипів та заповнених штучних порожнин) кар’єрних відвалів, де виділено як неструктуровані, так і різною мірою структуровані нагромадження, з фіксацією у межах останніх таких структурних елементів, як шаруватість, механічна сланцюватість та лінійність; б) запропоновано два способи визначення кутів обертань ціликів та площин структуризації техногенних утворень відносно вертикальної і горизонтальної осей, що дозволило кількісно оцінити їх взаємне зміщення; в) виявлено, що формування новоутворених площин у техногенних нагромадженнях є спрямованим процесом, який відбувається із успадкуванням структурної анізотропії корінних порід, сформованої під впливом регіональних зсувних напружень. Це призводить до утворення власної, орієнтованої техногенної стратифікації (шаруватості); г) концептуально об- ґрунтовано, що блочки ціликів і техногенні нагромадження розвиваються та формуються як цілісний, взаємоузгоджений об’єкт, який названо “геолого-техногенною системою”, що функціонує завдяки “геодинамічній взаємодії”; д) показано, що перетворення техногенних нагромаджень (їх самоструктуризація та “добудова” є конструктивними явищами, які могли б слугувати природною лабораторією для моніторингу процесів формування структурно-текстурних елементів у сипких середовищах. Практичне значення досліджень: ранжування структурних новоутворень у техногенних нагромадженнях може бути застосовано як один із критеріїв оцінювання асиміляційного потенціалу цих нагромаджень та сприятливості для господарського освоєння. Зокрема, ці дані є необхідними геомеханічними параметрами для прогнозування стійкості схилів та мінімізації ризиків обвалів на кар’єрах.The purpose of the article is to illustrate and, where possible, explain the regularities of the internal structure of technogenic accumulations at the “Pivnichnyi” and “Pivdennyi” iron ore quarries located near Kryvyi Rih city. The research methodology consisted of the following stages: a) field measurements and data collection; b) laboratory data processing, which included: plotting structural data, statistical analysis, and calculating averaged values of azimuths and dip angles and the scatter of these values for planar structural elements of both bedrock blocks and technogenic accumulations, as well as calculating the rotation angles of the bedrock blocks and the Structuring Planes within the technogenic formations. Novelty of Research Results. A. The varying degree of structure in technogenic accumulations (screes, embankments, and filled artificial voids) of the quarry dumps has been established. The study identifies both unstructured and varying degrees of structured accumulations, specifically recording such structural elements as layering, mechanical foliation, and linearity within the latter. B. Two methods for calculating the rotation angles of bedrock blocks and the structuring planes of technogenic formations relative to the vertical and horizontal axes are proposed, which allowed for the quantitative assessment of their mutual displacement. C. It is established that the formation of newly formed planar structures within technogenic accumulations is a directed process, resulting from the inheritance of the host rock’s structural anisotropy – initially shaped by regional strike-slip stress regimes – which leads to the creation of the accumulation’s own, oriented technogenic stratification (layering). D. It is conceptually substantiated that the bedrock blocks and the technogenic accumulations develop and form as a single, mutually coordinated object, which is termed a “geological-technogenic system”, functioning due to “geodynamic interaction.” E) It is demonstrated that the transformation of technogenic accumulations (their self-structuring and “completion”) is a constructive phenomenon that could serve as a natural laboratory for monitoring the processes of structural-textural element formation in loose media. The practical significance of this research lies in utilizing the classification of structural neoformations within technogenic accumulations as a criterion to assess their assimilation potential and suitability for economic development. This classification provides essential geomechanical parameters necessary for forecasting slope stability and minimizing collapse risks in open-pit mining.