Комплексный мониторинг процессов в гидроотвале, расположенном в прибортовой зоне Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© Р.Г. Клейменов, С.М. Простов, М.В. Гуцал, 2010

УДК 550.372: 622.271.333

Р.Г. Клейменов, С.М. Простов, М.В. Гуцал

КОМПЛЕКСНЫЙ МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССОВ В ГИДРООТВАЛЕ, РАСПОЛОЖЕННОМ В ПРИБОРТОВОЙ ЗОНЕ

Приведены результаты инженерно-геологических изысканий, гидрологического и электрофизического мониторинга техногенного массива намывных и сухих пород вскрыши, прилегающего к борту угольного разреза. Установлены аномальные по физическим свойствам зоны и дан прогноз устойчивости борта.

Ключевые слова: гидроотвал, устойчивость, мониторинг, зондирование, профилирование.

Семинар № 3

У^идроотвал "Бахтыхтинский" на-А. ходится на Новосергеевском поле разреза "Краснобродский". Он представляет собой сооружение овражнобалочного типа с односторонним обвалованием высотой в тальвеге лога до 38 м и площадью 98 га. Намыв гидроотвала осуществлялся в период с 1958 по 1962 гг. со стороны дамб обвалования. С 1973 г. гидроотвал служит основанием отвала сухой вскрыши, формирование которого ведется с применением технологической схемы автомобильно-бульдо-зерного отвалообразования. По состоянию на лето 2006 г. максимальные отметки отвала превысили значение +400,0 м. В 2005 г. при интенсивном развитии отвала в районе профилей в сторону горных выработок произошла оползневая деформация. Она сопровождалась сползанием отвального яруса, сформированного по отметкам около +385 м, и выполаживанием откоса до угла 13-15°. Протяженность оползня по фронту составила 200 м. Часть сползшей массы переместилась по борту разреза в его горные выработки. Объем оползня составил около 500 тыс. м3.

Для прогноза устойчивости массива, объединяющего краевую часть гидроот-ваала с породами "сухой" вскрыши и прилегающей к ней борт разреза, были проведены комплексные исследования, включающие инженерно-геологический изыскания, гидрогеологический и электрофизический мониторинг.

Схема опытного участка приведена на рис. 1.

Инженерно-геологические изыскания проведены МНЦ ВНИМИ тремя сериями с 1979 по 2006 гг. Выявленный геологический разрез представлен на рис. 2, а физико-механические свойства техногенного массива - в табл.

Анализ полученных данных показывает, что намывные породы уплотнены, имеют высокие показатели плотности (1,95-2,16 т/м3) и низкие значения влажности (7,5-21,2 %), консистенция пород тугопластичная и полутвердая. Прочностные показатели за разные годы отличаются только по углам внутреннего трения, отмечается тенденция увеличения сцепления намывных пород за период наблюдений.

Рис. 1. Схема расположения геологических скважин и профилей электроразведки: №1-3 - геологические скважины; О1х1, О2х2 - профили ВЭЗ и ЭП; 4 - зона, аномальная по УЭС; 5 - границы зоны оседаний; 18-22 - геологические профили

г 1 -г-1 г -1 УХхУ ХХА.ЛОС ХУУ хУ\ л7»у'Уу\ЛЛЛ'7---------^

У

-412

-392

-372

-352

-322

-312

-292

272

Рис. 2. Разрез по профилю 19.5: 1-У - геологические слои; скв. 1 - скв. 2 - геологические скважины; 43-701 - номера датчиков порового давления

Для детализации изменений свойств исследуемого массива по глубине и в плане был проведен электрофизический мониторинг, включающий зондирование (ВЭЗ) в точках О1, О2, максимально

приближенных к устьям геологических скважин № 1, № 2 и профилирование (ЭП) по профилям О1х1 и О2х2 (см. рис. 1).

Результаты ВЭЗ приведены на рис. 3.

№ слоя Год изыска- ний Интервал глубин, м Описание пород Плот- ность, т/м3 Влаж- ность, % Угол внутреннего трения, град Сцепление, МПа

I 1979 0-10,5 Породы "сухой" вскрыши 1,8 - 30 0,01

II, III 10,5-26,3 Суглинок мягкопластичный с прослоями супеси 1,9 27,8 18-20 0,01-0,025

I 1989 0-11 Породы "сухой" вскрыши 1,8 - 30 -

II, III 11-28 Намывной суглинок тугоплостичный с прослоями супеси 1,95-1,96 25-26,5 20-25 0,01-0,04

I 2006 0-18 Породы "сухой" вскрыши 1,8 - 30 0,01

II 18-26 Намывная супесь с прослоями суглинка 1,95-2,13 7,5-10,6 17-24 0,02-0,05

III 26-30,5 Намывной суглинок с прослоями супеси 2,06-2,16 12,6-21,2 6-10 0,03-0,05

IV 30-38 Суглинок основания аллювиальный 2,05-2,12 18,7-24,0 6-8 0,07-0,12

Комплексный анализ и качественная

геоэлектрическая структура масси-

интерпретация геолого-геофи-зической ва в районе на основной части разноса

информации следующие: соответствует двухслойному разрезу;

- глубинность зондирований состав- слой влагонасыщенных намывных грун-

ляет h « 0,3АВ (где АВ - разнос питаю- тов расположен на интервале АВ = 90-

щих электродов установки);

77,5 h, м

240 м ^ = 27-64 м), что отмечено снижением уровня эффективно-

50 70 90 110 130 Рк; Омм .30 40 50 60 70 Рк; Ом м го УЭС рк с 75-80 до 60-65

0 —' ' ' 0

1 О

■ 50 V 50

■ 100 ¿ - - 100

■ 150 150

200 ■ — 200

250 % 250

^AB, м

Ом-м (ВЭЗ № 1) и до 40-50 Ом-м (ВЭЗ № 2); слой намывных влагонасыщенных грунтов неоднороден, возможно чередование прослоев с различной степенью влажности;

- ниже намывного слоя .Т" ~ (АВ > 220 м, h > 64 м) распо-

(2 ложен подстилающий слой

плотных коренных пород (песчаник), что отмечено повышением уровня рк до 140150 Ом -м.

Разносы АВ установки

Рис. 3. Результаты ВЭЗ № 1 (а), № 2 (б) и их качественной при ЭП были выбран^1 на интерпретации: 1 - сухие насыпные породы; 2 - влагонасыщенные суглинки гидроотвала; 3 - коренные породы

основании результатов

а

а

б

Рис. 4. Результаті ЭП по профилям О1х1, прогнозируемое изменение глубины h1 залегания верхней границы влагонасыщенного слоя: А, В - расположение границ аномальной зоны

ВЭЗ и соответствовали расположению верхней границы влагонасыщенной зоны. Для прогноза изменения мощности Ь первого слоя (насыпные породы) по данным ЭП использовалась линейная зависимость

/?1 (х) = /?1

Рк (х) Р к0

где ^, рк0 - значения ^ и рк, соответствующие х = 0; х - координата по оси профиля.

Результаты анализа и интерпретации электропрофилирований (рис. 4) следующие:

- по профилю Ох величина ^ изменяется в диапазоне ^ = 24-37 м при

среднем значении \= 31 м, закономер-

ных изменений Ь в пределах профиля не установлено;

- по профилю О2х2 величина ^ изменяется в диапазоне ^ = 12-24 м, причем при приближении к границам исследуемого участка ^ имеет минимальные значения, т.е. намывной слой вдавлен в средней части массива насыпными породами, а его верхняя граница изогнута в соответствии с рельефом подстилающих коренных пород естественного лога.

Прогноз изменения положения верхней границы намывного слоя в прибор-товом массиве в четырех сечениях, соответствующих профилям 19-22, представлен на рис. 5.

Рис. 5. Прогноз расположения верхней границы слоя намывных суглинков в борту карьера в сечениях по профилям х = -50 м (Пр. 19) (а), х = 0 м (Пр. 20) (б), х = 50 м (Пр. 21) (в), х = 100 м (Пр. 22) (г)

Р, МПа 0,58

0,54

0,50

324 701

043 556 212

180

10

12 t, мес

а

б

0

4

6

2

8

Рис. 6. Графики изменения с течение времени t уровня воды h в наблюдательных скважинах (а) и порового давления Р (б): № 1-№ 3 - номера скважин; 043-701 - номера датчиков

Рис. 7. Схемы расчета коэффициента запаса устойчивости борта, фактического (а) и прогнозного (б) при наращивании отвала на 20 м при величине межъярусной бермы 90 м: ПС1, ПС2 - вертикальные поверхности скольжения

Для гидрогеомеханического мониторинга была оборудована наблюдательная сеть из датчиков порового давления (см. рис 2). Графики изменения уровня воды h и порового давления P в течение 12 мес. наблюдений приведены на рис. 6.

Проведенные измерения свидетельствуют о наличии избыточного порового давления в намывных породах района скв. № 2 и его отсутствии в верхней части (в пределах пятиметровой толщи) скв. № 1 и всей толщи скв. № 3. В глинистых породах естественного основания избыточное поровое давление отмечалось по всем точкам измерений, при этом максимальные его значения зарегистрированы по датчику, установленному в скв. № 3, а минимальные - по датчику скважины № 2.

Результаты проведенного комплексного мониторинга позволили сформулировать необходимый массив данных для проведения прогнозных расчетов устойчивости техногенного массива:

- строение и физико-механические свойства с учетом их изменений в пределах зоны оползня;

- уровни порового давления во всех элементах откоса, в различных точках намывного массива и его основания в пределах призмы возможного сползания.

На основе данных мониторинга МНЦ ВНИМИ проведены расчеты с использованием программного комплекса "Galena", основные результаты которых состоят в следующем (рис. 7):

- коэффициент запаса устойчивости откоса по поверхности скольжения, образовавшейся при развитии оползня, во

всех расчетных профилях превышает нормативный, ц>1,2

- по профилю, соответствующему наиболее напряженной поверхности в откосе отвала и гидроотвала, коэффициент запаса устойчивости превышает допустимый и составляет ц = 1,25 (рис. 7, а);

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педаго-гические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------

Клейменов Р.Г. - нач. отдела маркшейдерии и недропользования ОАО УК «Кузбассразрезуголь», т. (3842) 44-00-31

Простов С.М. - доктор технических наук, профессия каф. теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ, e-mail: raen@kuzstu.ru

Гуцал М.В. - кандидат технических наук, доцент каф. теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ, т. (3842) 58-10-56

А

--------------------------------------------------------- ОТДЕЛЬНАЯ СТАТЬЯ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

ПРЕПРИНТ

УДК 621.371:621.396.43

Батороев А.С., кандидат физико-математических наук, зав. лаб. волновых процессов.

Бурятского научного центра СО РАН г. Улан-Удэ, e-mail: borto@pres.bscnet.ru

ДИФРАКЦИОННЫЙ СПОСОБ РАЗВЯЗКИ АНТЕНН В ГОРИСТОЙ МЕСТНОСТИ СО СЛОЖНЫМ РЕЛЬЕФОМ

Рассмотрены возможности дополнительного ослабления дифракционного поля от двух препятствий за счет использования щелевых экранов. В постановке Френеля получено решение задачи определения оптимальных параметров экрана щелевого типа, обеспечивающих максимальное дополнительное ослабление мешающих волновых полей при установке его на одном из препятствий. Приведены расчетные распределения поля вблизи точки его минимального значения, подтверждающие эффективность таких экранов.

Ключевые слова: минимизация, дифракция, волновые поля, оптимизация, препятствия

Batoroev A.S.

THE DIFFRACTION METHOD OF AN DECOUPLING OF ANTENNAS IN A HILLY TERRAIN WITH THE COMPLICATED RELIEF

The possibilities of additional attenuation of diffraction field from two obstacles owing to use of slit screens are considered. The solution of the problem for definition of optimal parameters of slit screens are received by Fresnel formulation what makes to provide the maximum additional attenuation of interference fields when the slit screen is installed on one of the obstacles. The calculated distributions of the field near the point of its minimal value are give in example and its are acknowledge receipt of such screens effectivity.

- при увеличении высоты отвала на 20 м устойчивость откоса будет обеспечиваться с коэффициентом запаса выше нормативного при величине межъярусной бермы (на горизонте +400,0 м) более 90 метров (рис. 7, б).

ІІ ІГЛгІ