Исследование состояния устойчивости карьерных откосов в районе выходов угольных пластов под наносы Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.83

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ КАРЬЕРНЫХ ОТКОСОВ В РАЙОНЕ ВЫХОДОВ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПОД НАНОСЫ

Сергей Георгиевич Ожигин

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, доктор технических наук, декан горного факультета, профессор кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212)56-26-27, e-mail: osg62@mail.ru

Светлана Борисовна Ожигина

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212)56-26-27, e-mail: osb66@mail.ru

Дмитрий Сергеевич Ожигин

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, магистр, докторант кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых», тел. (7212)56-26-27, e-mail: Qzhigin.dima@mail.ru

Анастасия Витальевна Гапий

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Казахстан, г. Караганда, Б. Мира, 56, магистрант кафедры «Маркшейдерское дело и геодезия», тел. (7212)56-26-27, e-mail: xrest@list.ru

В статье представлен анализ причин деформирования карьерных откосов в районе выходов угольных пластов под наносы на примере Шубаркольского угольного разреза. Выявлен механизм деформирования прибортового массива разреза и разработаны мероприятия по предупреждению оползневых явлений.

Ключевые слова: угол откоса уступа, устойчивость, деформации, инструментальный контроль, механизм деформирования.

RESEARCH OF THE CONDITION OF STABILITY OF OPEN PITS SLOPES IN THE REGION OF COAL OUTBREAK UNDER SEDIMENTS

Sergey G. Ozhigin

The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, doct. of tech. sci., dean of Mining faculty, professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. 8(7212)56-26-27, e-mail: osg62@mail.ru

Svetlana B. Ozhigina

The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, cand. of tech.sci., associate professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: osb66@mail.ru

Dmitriy S. Ozhigin

The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, master, Ph.D. candidate of «Development of mineral deposits» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: ozhigin.dima@mail.ru

Anastassiya V. Gapiy

The Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira Blvd, master of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27, e-mail: xrest@list.ru

In article it is presented the analysis of the reasons of deformation of open pits slopes in region of coal outbreak under sediments on the example of Shubarkol opencast coal mine. The mechanism of deformation of the border massif of open pit is revealed and actions for the prevention of the landslide phenomena are developed.

Key words: angle of a slope, stability, deformations, instrumental monitoring, deformation mechanism.

При разработке угольных месторождений открытым способом одним из наиболее опасных с геомеханической точки зрения участков является район выходов угольных пластов под наносы. Мульдообразное залегание угольных пластов в районе выходов обусловливает увеличение угла падения пластов и вмещающих пород, покрытых рыхлыми четвертичными отложениями. Техногенное влияние горных работ в районе выходов способствует перераспределению напряжений в горном массиве, изменению гидрогеологических условий и формированию поверхностей ослабления.

Анализ нарушений устойчивости откосов в районе выходов угольных пластов рассмотрим на примере Шубаркольского угольного разреза.

В районе р.л. А4 и р.л. А5 произошел оползень участка борта разреза до глубины 50м. Первоначальный фронт оползня составил 60м (рис. 1).

Рис. 1. Оползень борта разреза в районе р.л. А4 и р.л. А5

Причины возникновения оползня следующие: обводненность горных пород в данном районе, связанная с наличием родника и сбросом воды на поверхность откоса; неблагоприятная согласно падающая с откосом сланцеватость пород (50°- 70°); угол наклона контактов пород прибортового массива более 20° в сторону выработанного пространства; наличие внешней

нагрузки в качестве внутреннего отвала; несоответствие параметров борта (а= 45-50° при И=20-25м) прочности горного массива. Анализ геологических материалов показал, что на данном участке зона предельного равновесия достигает размеров более 50м от верхней бровки откосов, что подтверждают заколы, обнаруженные на земной поверхности и на отвале бестранспортной вскрыши.

Оползень отвалов бестранспортной вскрыши из четвертичных

1 3

отложений и угольного пласта между р.л.^ и р.л.А представлен на рис. 2.

1 3

Рис. 2. Оползень прибортового массива в районе р.л.А и р.л.А

Ширина деформации в основании составила 80м, увеличиваясь на верхних горизонтах. Общая высота борта на данном участке достигает 50м при среднем угле наклона - 28°. Относительно соседнего участка борта между р.л. А и р.л. А4, поставленного на конечный контур под углами 22-25° наблюдается превышение предельного устойчивого (фактического) угла наклона борта на 3-5°.

Основной причиной деформирования следует признать несоответствие параметров откосов прочности пород. Установлена величина предельного угла наклона борта в зоне деформирования. Она составила 23,5°. Параметры угла наклона борта в четвертичных отложениях на данном участке не должны превышать этой величины.

Одним из важнейших факторов, влияющих на устойчивость борта разреза, является изменение элементов залегания (угла наклона от 11 до 28°)

1 9

слабого контакта прибортового массива: на разрезе А - до 19°; на разрезе А - с 11° до 27°; на разрезе А - с 9° до 28°. Поэтому деформирование борта произошло по слабому контакту почвы пласта. Верхняя часть оползневой массы очень разрыхлена. Кроме того, после взрывных и добычных работ уменьшилась величина целика по углю и, следовательно, снизились

удерживающие силы в призме упора, в результате произошел сдвиг по слабому контакту почвы угольного пласта. Это привело к разрушению угольного пласта и серых аргиллитов, расположенных выше него. Образовались поперечные трещины (С-Ю), разрыв происходил в направлении З-В. Деформации в нижней части пласта согласно эффекта «домино» привели к развитию деформаций вышележащих участков, расположенных восточнее вдоль северного борта. Установлен механизм деформирования борта разреза (рис. 3), включающий 2 этапа:

1. Деформации начались при формировании отвалов бестранспортной вскрыши над выходами угля под наносы. Поверхности скольжения сформировались с выходом на контакт четвертичных отложений (наносов) и выходов угольных пластов.

2. При углублении горных работ до основания угольного пласта масса нависающего оползня отвала бестранспортной вскрыши привела к смещению породного и угольного массива по контакту почвы пласта. При этом в область деформирования попала зона выходов пласта [1].

242 296Г

В июне 2013 г. на северном борту Центрального разреза в районе выходов угольных пластов под наносы (гор.+450,0м - гор.+425,0м) произошел оползень.

о

В районе деформаций угол наклона слабого контакта изменяется от 25

о _

до 37 и более. Деформирование прибортового массива произошло по слабому угле-породному контакту (рис. 4, 5). Методом обратных расчетов оползня определены ориентировочные значения прочностных характеристик

О -5

горных пород: к р = 0,010 МПа; рр= 20,5 ; у =1,33 т/м .

На основании оценки устойчивости фактического состояния борта разреза по группе уступов с гор. +410,0м по гор. +450,0м. установлены параметры призм упора и величина предохранительного целика. Ширина призмы упора на гор. + 440,0м и гор. +425,0м составляет 25м. Величина предохранительного целика от основания насыпи должна быть не менее 25м (рис. 5). При этом коэффициенты запаса устойчивости борта разреза по

возможным поверхностям скольжения находятся в диапазоне 1.56 - 1.90, что соответствует требованиям [2] Правил обеспечения устойчивости откосов.

Рис. 4. Деформации гор.+450,0м - гор.+425,0м

Рис. 5. Рекомендуемые параметры укрепления борта разреза

Выводы: основной причиной возникновения деформаций в районе выходов угольных пластов под наносы является не соответствие параметров откосов уступов существующей прочности и углу наклона контактов угля и пород, поэтому при планировании горных работ на данном участке необходимо основное внимание уделять обоснованию параметров откосов в наносах и на выходах пластов, исключить влияние на устойчивость откосов подземных и поверхностных вод, максимально снизить сейсмическое

воздействие взрывов. А также следует применять специальную технологию отработки пласта с формированием призмы упора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Ожигин С. Г. Деформации верхних уступов на Шубаркольском разрезе и разработка мероприятий по их предупреждению//Горный журнал Казахстана. - Алматы, 2009 - №7. - С. 8-9.

2 Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах // С. - Петербург, 1998 -

208 с.

© С. Г. Ожигин, С. Б. Ожигина, Д. С. Ожигин, А. В. Гапий, 2014