CC BY
40
© В.В. Мосейкин, В. С. Зайцев, А.Ф. Лисеев, 2004
УДК 550.8
В.В. Мосейкин, В. С. Зайцев, А.Ф. Лисеев
ФОРМИРОВАНИЕ КАРСТОВОГО РЕЛЬЕФА НА ГИДРООТВАЛЕ «БАЛКА ЧУФИЧЕВА»
Семинар № 1
Яамывные техногенные массивы -гидроотвалы и хвостохранилища -ландшафтные сооружения, которые формируются и, после соответствующей рекультивации, используются в течение длительного времени. Эти сооружения отличаются тем, что в полной мере должны соответствовать геологоструктурным, техническим и экологическим требованиям, а также требованиям в отношении их формы и надежности.
Карстово-суффозионные явления достаточно редкий тип деформаций, особенно, для внутренних зон рекультивированных гидроотвалов. Наблюдаемые нами на гидроотвале «Балка Чуфичева» карстовые процессы, развиваясь на поверхности и в теле намывного массива, влияют на ландшафтные особенности рекультивированной территории, ее рельеф и отчуждают из оборота значительные площади, занятые под сельскохозяйственные нужды.
Гидроотвал «Балка Чуфичева» Лебединского ГОКа, предназначенный для складирования меловых вскрышных пород, сформирован в 1978-1988 гг. Параметры гидроотвала: площадь - 207 га, уложено грунтов - 36 млн м3 меловых паст и 18млн. м3 песков, максимальная мощность намытых отложений - 35 м, высота дамбы - 37 м, ежегодный объем укладки составлял в различные годы 1,0-6,0 млн м3 [1]. Упорная призма формировалась из намывного песка, транспортируемого из Лебединского карьера. Снятие почвенного слоя и суглинков в основании гидроотвала не производилось.
Первые 76 тыс. м3 песков были уложены в упорную призму гидроотвала в 1978 г., а с 1980 г., во внутренние зоны гидроотвала, производился намыв вскрышных пород. Выпуск меловой пульпы осуществлялся в районе упорной призмы (в том числе и непосредственно с нее), и дополнительно с 1981 г. в левом отроге балки - из торца пульпопровода. Раздельная укладка песчаных грунтов в ограждающие и дренажные
элементы и тонкодисперсных - во внутренние зоны, их однородный состав и незначительные уклоны обусловили достаточно простую структуру большей части гидроотвала.
При формировании гидроотвала «Балка Чуфичева» в 1981 г. произошел крупный прорыв более 1,0 млн м3 меловой пульпы [1, 2, 4]. В результате была разрушена третья часть дамбы (около 300 м по фронту) высотой 22 м на участке ее примыкания к правому борту балки с углом откоса 30-350 (рис. 1).
Важнейшими причинами разрушения дамбы оползнем являлись нарушения технологии намывных работ:
• недопустимое приближение прудка к обвалованию, что обусловило увеличение равнодействующей сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления более чем в 2 раза по сравнению с параметрами, существовавшими при удалении прудка на 200 м от гребня дамбы;
• наличие ослабленного контакта в месте примыкания дамбы к склону.
В бортах, сформированных телом оползня, в частично консолидированных меловых пастах, образовались зияющие трещины «отрыва». Восстановление дамбы осуществлено путем отсыпки и, главным образом, намыва ее песчаным материалом. Для этого в 350 м от прорана в основной дамбе в теле гидроотвала была намыта промежуточная дамба, а формирование дамбы осуществлялось с двух сторон от основной и промежуточной дамб навстречу друг другу с отводом воды через шандорный колодец, расположенный между ними. В результате в центральной части гидроотвала оказался захороненным значительный объем воды и песка. Он был частично отжат в трещины и перекрыт сверху толщей меловых паст мощностью свыше 4 м. Это обусловило возникновение слоистой неоднородности гидроотвала, что подтверждено данными бурения 2003 г (сква-
жина №3 снизу вверх: водонасыщенная меловая паста - 8 м, песок - 3,2 м, консолидированная необводненная меловая паста - 4 м) и зональной неоднородности по трещинам в бортах, вмещающих тело оползня.
Формирование гидроотвала последующие 7 лет, после ликвидации аварии, шло без значительного изменения положения прудковой зоны, что, возможно, привело к образованию в этой зоне линз льда в зимний период. Кроме того зоны максимального распространения карстовых воронок совпадают с зонами развития впадин в ложе гидроотвала и современном рельефе его поверхности (рис. 2).
Быстрая консолидация меловых паст гидроотвала (менее 10 лет) и отсутствие в них по-рового давления, установленное в результате инженерно-геологического зондирования рукавов и пляжной зоны гидроотвала в 2003 г., а также большой объем намытых в тело гидроотвала песков свидетельствуют об интенсивном вертикальном дренаже, обусловленном, вероятно, наличием в ложе гидроотвала коренных трещиноватых меловых пород.
Предпосылками возникновения деформаций проседания в отложениях гидроотвала являлись:
• рыхлое (неустойчивое и трещиноватое) сложение техногенных отложений в бортах отвала, сформированных оползнем;
• формирование линейных зон разгрузки напряжений на крутых склонах тела оползня;
• возможность отседания и частично оплывания откосов до проведения мероприятий по их формированию;
• уровень воды в отвале более 1/5 его высоты;
• неуплотненный намывной песчаный и меловой материал;
• наличие частиц окатанной формы (0,09 мм< (!< 1,0 мм);
• наличие техногенного пласта песка в основании меловой толщи, сформированной после ликвидации аварии;
• отсутствие экрана в основании ре-культивационного слоя чернозема.
После 1988 г., на основе анализа расчетных и натурных данных об уплотняемости массива намывных меловых грунтов, было установлено, что требуемая несущая способность массива (Рдоп = 0,15 МПа) обеспечивается созданием песчаных дренажных призм и отсечных дренажных дамб, а создание фильтрующей по-
душки нецелесообразно. Технология горнотехнической рекультивации гидроотвала «Балка Чуфичева» детально рассмотренная в работе
[2] обеспечила вовлечение в сферу сельскохозяйственного использования дополнительных площадей в результате создания территорий горизонтальной планировки на месте овражнобалочных участков.
Однако на практике формирование гидроотвала и работы по его горнотехнической рекультивации, после «отдыха» массива осуществлялись с рядом нарушений:
• водосбросные канавы для перехвата и пропуска сточных вод, с прилегающих к гидроотвалу территорий, были возведены только в его правом борту;
• возведение дренажной призмы пионерно-торцевым способом было выполнено не в полном объеме;
• чернозем укладывался неравномерно по мощности, а главное, непосредственно на техногенные меловые отложения, т.е. без экранирующих его снизу суглинков.
В 1998 г. центральная часть гидроотвала и его левый рукав были засеяны многолетними травами, правый - зарос кустарником и подлеском.
Первые карстовые провалы на территории, засеянной травами, стали фиксироваться уже в 2000 г. и число их из года в год стремительно возрастает, что ведет к сокращению площадей покосов, поломке сельскохозяйственной техники, затратам по засыпке малых форм и другим негативным последствиям. Формирование просадок обусловлено фильтрационным выносом по трещинам в слабосцементированных, рыхлых меловых пастах с трещиноватостью, сформированной процессом оползания, что привело к глубинному размыву и образованию пустот и провальных воронок.
Летом 2003 г. на поверхности гидроотвала «Балка Чуфичева» нами произведена тахеометрическая съемка карстовых воронок с описанием их морфологии, размеров и особенностей внутреннего строения. В результате исследований было зафиксировано 99 крупных карстовых форм различной морфологии, ориентации и глубины проседания (рис. 3), а также свыше 20 сопряженных с ними более мелких форм.
Карстовые полости гидроотвала «Балка Чуфичева» по форме можно разделить на два вида: изометричных очертаний воронки проседания и карстовые колодцы (округлой, овальной, грушевидной, фасолевидной и ка-
плевидной форм) и линейных очертаний увалы и карры (трещины проседания, зияющие трещины или щели). В изометричных формах на дне и, как правило, вертикальных стенках карстовых воронок часто фиксируются различно ориентированные зияющие щели - поноры, мощность которых варьирует в пределах 0,1-0,4 м.
Среди карстовых воронок выделяют три основных генетических типа [3]:
1. Воронки поверхностного выщелачивания, или коррозионные. Образуются за счет выноса выщелоченной на поверхности породы через подземные каналы в растворенном состоянии;
2. Провальные воронки, или гравитационные. Образуются путем обвала свода подземной полости, возникшей за счет выщелачивания карстующихся пород на глубине и выноса вещества в растворенном состоянии;
3. Воронки просасывания, или коррози-онно-суффозионные. Образуются путем вымывания и проседания рыхлых покровных отложений в колодцы и полости карстующегося цоколя, выноса частиц в подземные каналы и удаление через них во взмученном и взвешенном состоянии.
Распространен и переходный тип между 2м и 3-м типами. Генетически близки к ворон-
1. Гальперин А.М., Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. - М., Недра, 1993, 254 с.
2. Гальперин А.М., Ферстер В.Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы и охрана окружающей среды. - М., МГГУ, 2001, 535 с.
кам поверхностного выщелачивания коррозионно-эрозионные воронки, возникающие из по-норов на дне логов или польев.
Два вида форм воронок по классификации
[3] выделенные нами на гидроотвале «Балка Чуфичева» относятся соответственно к 2-му и 1-му типам. Формы 3-го типа, судя по неоднократному засыпанию ряда воронок, также присутствуют на площади гидроотвала.
Выводы
1. Фильтрационные деформации намывных отложений - меловых паст на гидроотвале «Балка Чуфичева», представленные механической суффозией и фильтрационным выносом по трещинам, привели к формированию в его средней части техногенного карстового поля.
2. Формы карстовых полостей на поверхности гидроотвала представлены: провальными воронками, воронками поверхностного выщелачивания с понорами (округлой и трещинной форм), увалами, карстовыми рвами и карстовыми колодцами.
3. Причины развития карстовых процессов в поле гидроотвала: техногенная авария -оползень, обусловленная нарушением технологии его формирования, способ ликвидации аварии и последующие формирование и рекультивация техногенного массива.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Гвоздецкий Н.А. Карст - М., Мысль, 1981, 214
с.
4. Tailings dams risk of dangerous occurrences -Lessons learnt from practical experiences - ,Bulletin 121, ICOLD, Paris, 2001, 144 p.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Мосейкин В.В., Зайцев В.С. - Московский государственный горный университет. Лисеев А.Ф. - Лебединский ГОК.
-А
