CC BY
35
УДК 624.131.1
И.В.КУЗНЕЦОВА, аспирантка, ira86_2003@rambler. ru
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
I.V.KUZNETSOVA, post-graduate student, [email protected] Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University)
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕОГЕН-ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КУЗБАССА, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Открытая добыча угля в Кузбассе осуществляется с применением гидромеханизаци-онных технологий, являющихся наиболее прогрессивными и эффективными способами производства земляных работ в массивах, сложенных неоген-четвертичными отложениями. Кроме того, гидромеханизация это единая неразрывная цепочка технологических процессов, объединяющих разработку, транспортирование и укладку нарушенных пород в специальные сооружения - гидроотвалы. Основные технологические процессы гидромеханизации включают: разрушение массивов горных пород гидромониторами, землесосами и безнапорными потоками воды; напорный или безнапорный гидравлический транспорт; гидроотвалообразование.
Ключевые слова: Кузбасс, четвертичные отложения, инженерно-геологическая характеристика.
ENGINEERING-GEOLOGICAL CHARACTERISTICS QUATERNARY-NEOGENE DEPOSITS COAL FIELDS KUZBASS
FOR SURFACE MINING
Opencast mining in the Kuzbass is carried out using gidromehanizatsionnyh technologies that are the most progressive and effective ways to excavate in arrays composed of Neogene-Quaternary deposits. In addition, hydromechanization a single indissoluble chain processes that integrate development, transportation and stacking of disturbed rocks in special facilities -gidrootvaly. Basic technological processes hydromechanization include: the destruction of rock massifs hydro, dredges and non-pressure streams of water pressure or free-flow hydraulic transport; gidrootvaloobrazovanie.
Key words: Kuzbass, overburden, engineering-geological characteristics.
За все время использования гидромеханизации на предприятиях ОАО «УК «Кузбас-сразрезуголь», начиная с 1951 года, удалено около 1 млрд м3 вскрышных пород неоген-четвертичного возраста с размещением их в 50 гидроотвалах различной высоты и емкости, занимающих в совокупности площадь порядка 7000 га. Большая часть гидротехнических сооружений размещена на естественных основаниях, сложенных теми же неоген-
четвертичными породами. Поэтому очень важно выполнить их инженерно-геологи ческую оценку применительно к месторождениям, приуроченным к различным природно-экономическим зонам Кузнецкой котловины.
Гидромеханизационные технологии в Кузбассе применяют на шести филиалах ОАО «УК»Кузбассразрезуголь»: «Ерунаковском», «Кедровском», «Краснобродском», «Мохов-ском», «Сартакинском» и «Талдинском».
46 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.189
В настоящее время, принято следующее стратиграфическое разделение неоген-четвертичных отложений Кузбасса: меретская ^N1- Ы^тг), моховская ^р^-Ы^тК), са-гарлыкская (laN23sg), сергеевская ^рЫ23-Q11sг), кедровская (laQI-IInkd); бачатская
(dzQ^-QnW), красно-бродская
(aQni3kr)
и
еловская (dzQш4 -QIV1) свиты.
Средний гранулометрический состав всех свит представлен ниже (табл.1).
Таблица 1
Основные статистические параметры гранулометрического состава и выхода тяжелой фракции
Свита Выход тяжелой фракции Содержание фракции, %
<0,01 мм 0,1-0,01 мм 0,25-0,1 мм
Еловская 0,2 95,4 4,0 0,4
Бочатская 0,2 95,7 3,6 0,5
Кедровская 0,2 96,4 3,6 0,7
Сергеевская 0,1 96,8 2,7 0,5
Сагарлыкская 0,2 95,5 3,6 0,7
Моховская 0,1 96,2 2,2 1,3
Меретская 0,2 94,5 2,6 2,7
По минеральному составу песчаная и пылеватая фракции состоят в основном из зерен кварца и полевых шпатов; глинистые частицы представлены гидрослюдой, но в небольших количествах также есть каолинит и монтмориллонит*.
Инженерно-геологическая характеристика неоген-четвертичных отложений Кузбасса приведена в табл.2.** Если проанализировать показатели физико-механических
* Кутепов Ю.И. Инженерно-геологические условия устойчивости техногенных пород (на примере гидроотвалов Кузбасса): Автореф. дис... геол.-минерал. наук. Л., 1981.
Kutepov Y.I. Engineering-geological conditions for the stability of man-made rocks (for example gidrootvalov Kuzbass) Diss. on Soisk. uch. Art. kand.geol.-min.nauk. L., 1981.
** Федосеев А.И. Инженерно-геологическое обоснование частичной ликвидации гидроотвалов вскрышных пород: Автореф. дис. канд.техн.наук. М., 2006.
Fedoseev A.I. Engineering-geological substantiation of partial liquidation gidrootvalov overburden // Diss. on Soisk. uch. Art. kand.tehn.nauk. Moscow, 2006.
свойств пород всех вышеперечисленных свит, можно сделать следующие выводы:
- влажность пород изменяется в широких пределах от 11,0 до 25,0 %, наибольшие колебания характерны для пород ба-чатской и сагарлыкской свиты; субакваль-ные отложения в целом имеют средние значения влажности больше, чем суб-аэральные; наименьшие значения характерны для пород меретской свиты;
- по степени водонасыщения породы еловской свиты относятся к маловлажным; краснобродской, кедровской, сергеевской -к влажным; бачатской - от маловлажных до насыщенных; сагарлыкской, моховской и мертской - к насыщенным влагой, т.е. со стратиграфической глубиной практически все поры заполняются водой, а влажность увеличивается.
- наиболее плотными являются отложения меретской свиты, а наименьшие значения характерны для лессовидных суглинков елов-ской свиты; по коэффициенту уплотнения, определяющему состояние пород, отложения еловской свиты характеризуются как неуплотненные; краснобродской, бачатской, сергеевской и сагарлыкской - пластичные, а; ме-ретские и моховские - пластичные, переходящие в переуплотненные;
- сцепление пород закономерно увеличивается в направлении сверху вниз, а угол внутреннего трения изменяется в широких пределах (16-31 град.) и зависит от влажности;
- коэффициент пористости с глубиной уменьшается, а значит, размокаемость пород увеличивается с увеличением коэффициента пористости; хорошо размокают породы елов-ской (1-2 мин), бачатской (1-10 мин), кедров-ской (3-6 мин), сергеевский (до 8 мин) свит; плохо размокают сагарлыкские, моховские и меретские отложения.
Оценивая инженерно-геологические свойства неоген-четвертичных пород Кузбасса с точки зрения их устойчивости в верхних уступах бортов карьеров, в основаниях отвалов, а также с позиций выбора средств разработки при вскрытии месторождений, можно отметить следующее.
1. Отложения еловской и бачатской свит, характеризуемые высокой размокае-
Таблица 2
Физико-механические свойства неоген-четвертичных пород Кузбасса
Свиты л 6 О с; со Плотность, г/см1 Плотность мин. части, г/см3 Пористость % Коэффициент пористости Степень водонасыщения Полная влагоемкость,% Пределы пластичности Показатель консистенции Показатели сопротивления сдвигу
\УТ К 1Р С, МПа
е1 14-16 1,62-1,65 2,73 48 0,923 0,42-0,46 34 28-32 19 9-13 -0,36 26 0,040
Еловская
кг 22 1,81-1,86 2,73 44+46 0,601-Ю,645 0,72+0,79 29-31 35-42 21-15 14-17 -0,016+ 28 0,028-
Краснобродская +0.18 0,045
Ьс 15-25 1,63-1,92 2,70-2,74 43+48 0,745-0,936 0,46+0,89 27-34 27-38 18-23 9-16 -0,25++0,26 16-30 0,03-
Бачатская 0,052
кс! 17-22 1,70-1,92 2,71-2,75 41-46 0,707-0,882 0.53+0,79 26-33 30-40 18-25 12-13 0+-КХ59 21-31 0,045-
Кедровская 0,084
БГ 15-24 1,82-1,88 2,74-2,76 43-45 0,747+0,815 0,55 +0,80 27-30 33-40 20-23 13-17 -0.39++0,07 21-25 0,026-
Сагарлыкская 0,042
22-24 1,83-1,96 2,72 42-48 0,673-0,845 0,75+0,92 25-31 32-37 19-23 13-16 -Ю,02++0,37 22-23 0,050-
Сергеевская 0,094
шИ 20-23 1,86-И ,98 2,71-2,76 40+45 0,680-0,821 0,76+0,92 26-29 41-48 21-26 17-20 -0,04++0,37 19-31 0,039-
Моховская 0,075
тг 11-13 2,06-2,22 2,74-2,76 27-34 0.377-0,525 0,72+0,82 14-19 35 19 16 -0,33 21 0,126
Меретская
мостью, могут быть успешно удалены средствами гидромеханизации, а остальные - с использованием сухоройных механизмов.
2. Оценка устойчивости четвертичных уступов в бортах карьеров должна выполняться с учетом возможного снижения параметров сопротивления сдвигу вследствие увеличения влажности пород под воздействием атмосферных осадков.
3. В качестве расчетных параметров при прогнозе устойчивости четвертичных уступов следует принимать параметры длительной прочности, значения которых отличаются от приведенных в таблице, так как данные виды пород характеризуются наличием жестких структурных связей, которые со временем разрушаются вследствие развивающихся реологических процессов.
4. Механические свойства неоген-четвертичных пород обеспечивают доста-
точно высокую несущую способность при отсыпке на них отвалов высотой до 30 м. При многоярусном отвалообразовании высотой 30-150 м, как это принято в Кузбассе, необходимо выполнять дополнительные исследования характера изменения параметров сопротивления сдвигу с учетом процессов консолидации в условиях напряженного состояния, обусловленного нагрузками от проектируемых отвальных сооружений.
5. При обосновании устойчивости гидроотвалов, намываемых из четвертичных пород, следует учитывать, что вследствие достаточно однородного их состава и большого количества пылеватой и глинистой фракций, непосредственно в призмах упора образуются низко проницаемые суглинистые грунты, в которых возможно формирование избыточного порового давления, снижающего прочностные параметры пород.
