Научная статья на тему 'Инженерно-геологические условия внешнего отвалообразования на разрезах Кузбасса'

Инженерно-геологические условия внешнего отвалообразования на разрезах Кузбасса Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
290
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЫСОКИЕ ОТВАЛЫ / TALL DUMPS / ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ / GEOTECHNICAL AND HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS / УСТОЙЧИВОСТЬ / STABILITY / ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД / STRENGTH PROPERTIES OF ROCKS / ГИДРОГЕОЛОГИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ ФИЛЬТРАЦИИ / FILTRATION COEFFICIENT / ПАРАМЕТРЫ ОТВАЛА / DUMP PARAMETERS / УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ / SLOPE STABILITY / HYDROLOGY

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кутепов Юрий Иванович, Васильева Анастасия Дмитриевна

Показано, что дефицит площадей под отвальные сооружения на большинстве угольных предприятиях Кузбасса ликвидируется путем увеличения высоты и емкости существующих отвальных сооружений. Рассмотрены определяющие устойчивость высоких горнотехнических сооружений факторы, основными среди которых являются изменяющиеся с ростом нагрузки инженерно-геологические и гидрогеологические условия природно-технической системы «отвал-основание». Приведены данные выполненных лабораторных исследований прочностных свойств техногенных пород отвалов, формируемых из песчаников и алевролитов балахонской и кольчугинской свит в смесях с неоген-четвертичными суглинками в различных соотношениях. Получены зависимости изменения углов внутреннего трения и сцепления отвальных смесей при нормальных нагрузках от 0 до 2,5 МПа. Установлено, что при увеличении высоты отвала и уплотняющей нагрузки происходит уменьшение пористости и проницаемости пород, что при обеспеченном ин-фильтрационном питании приводит к формированию в техногенном массиве безнапорного водоносного горизонта, режим которого существенно определяет устойчивость откосов. Выполнен анализ инженерно-геологического строения неогенчетвертичных пород, служащих основанием горнотехнических сооружений. Выделены и охарактеризованы основные генетические типы покровных отложений. Показано для условий конкретного внешнего отвала изменение прочностных свойств основания, сложенного делювиально-пролювиальными суглинками различной консистенции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кутепов Юрий Иванович, Васильева Анастасия Дмитриевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GEOTECHNICAL CONDITIONS OF EXTERNAL DUMPING AT OPEN PIT MINES IN KUZBASS

It is shown that the deficit areas for dumping construction on most coal mines in Kuzbass eliminated by increasing the height and capacity of the existing dump facilities. We consider de-termining the sustainability of high mining installations factors, principal among which are changing with increasing load geotechnical and hydro-geological conditions of natural-technical system «bladebase.» The data carried out laboratory tests of strength properties of man-made piles of rocks, formed from sandstone and siltstone balahonskoy Kolchuginsky and suites in mixtures with Neogene-Quaternary loam in different ratios. The dependence of changes of an-gles of internal friction and cohesion dump mixtures under normal loads from 0 to 2.5 MPa. It was found that increasing the height of the blade and the sealing load decreases porosity and permeability of the rock, that by providing in-filtration feeding leads to the formation of techno-genic array unconfined aquifer regime which essentially determines the stability of slopes. The analysis of engineering-geological structure of the Neogene-Quaternary rocks which are the basis of mining facilities. To isolate and characterize the main genetic types of overburden. It is shown for the specific conditions of the external blade changing strength properties of the base of the folded-proluvial diluvial loams of various consistencies.

Текст научной работы на тему «Инженерно-геологические условия внешнего отвалообразования на разрезах Кузбасса»

УДК 622.221.451.2 (57)

Ю.И. Кутепов, А.Д. Васильева

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВНЕШНЕГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА

Показано, что дефицит площадей под отвальные сооружения на большинстве угольных предприятиях Кузбасса ликвидируется путем увеличения высоты и емкости существующих отвальных сооружений. Рассмотрены определяющие устойчивость высоких горнотехнических сооружений факторы, основными среди которых являются изменяющиеся с ростом нагрузки инженерно-геологические и гидрогеологические условия природно-технической системы «отвал-основание». Приведены данные выполненных лабораторных исследований прочностных свойств техногенных пород отвалов, формируемых из песчаников и алевролитов балахонской и кольчугинской свит в смесях с неоген-четвертичными суглинками в различных соотношениях. Получены зависимости изменения углов внутреннего трения и сцепления отвальных смесей при нормальных нагрузках от 0 до 2,5 МПа. Установлено, что при увеличении высоты отвала и уплотняющей нагрузки происходит уменьшение пористости и проницаемости пород, что при обеспеченном ин-фильтрационном питании приводит к формированию в техногенном массиве безнапорного водоносного горизонта, режим которого существенно определяет устойчивость откосов. Выполнен анализ инженерно-геологического строения неоген-четвертичных пород, служащих основанием горнотехнических сооружений. Выделены и охарактеризованы основные генетические типы покровных отложений. Показано для условий конкретного внешнего отвала изменение прочностных свойств основания, сложенного делювиально-пролювиальными суглинками различной консистенции.

Ключевые слова: высокие отвалы, инженерно-геологические и гидрогеологические условия, устойчивость, прочностные свойства пород, гидрогеология, коэффициент фильтрации, параметры отвала, устойчивость откосов.

Открытая разработка угольных месторождений в Кузбассе сопровождается интенсификацией вскрышных и отвальных горных работ. Так, в 2016 г. открытым способом в регионе добыто 145 млн т угля, при этом дополнительно извлечено из недр и перемещено в отвалы около 1,5 млрд т вскрыши. Для размещения такого объема пород на поверхности земли требуется более 1500 га территорий, расположенной в непосредственной близости от горных выработок. Поскольку боль-

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-122-131

шая часть разрезов начала угледобычу в 50—70-х гг. прошлого столетия, то свободных площадей под отвалы, отвечающих данным требованиям, практически не осталось. Основным резервом, обеспечивающим технико-экономическую эффективность складирования вскрышных пород, являются поверхности существующих горнотехнических сооружений — отвалов и гидроотвалов, использование которых ведет к значительному росту их высот. На большинстве разрезов Куз-

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 122-131. © Ю.И. Кутепов, А.Д. Васильева. 2017.

басса высоты эксплуатируемых отвалов превышают 100 м. В настоящее время проектами реконструкции некоторых предприятий, в частности, Бачатского и Таллинского угольных разрезов, предусмотрено увеличить высоты отвальных сооружений до 200 и даже 300 м.

Эксплуатация высоких и сверхвысоких горнотехнических сооружений сопряжена со значительной геодинамической опасностью, так как аварии и аварийные ситуации на них могут привести к серьезным экологическим и экономическим последствиям, а иногда человеческим жертвам. Подтверждением сказанному являются оползни, произошедшие на внешнем отвале № 1 разреза «Заречный» и отвале на борту разреза «Черниговец», соответственно вовлекших в деформационный процесс объемы пород отвального массива в 27 и 1,5 млн м3. Если в первом случае отмечался лишь экономический ущерб, по скромным подсчетам составивший около 8 млрд руб., то во втором случае зафиксирована смерть трех человек. Следует также отметить, что данные горнотехнические сооружения характеризовались на момент развития негативных геодинамических процессов высотами более 100 м.

Выполненный анализ условий отва-лообразования на горнотехнических сооружениях Кузбасса позволил выявить особенности их инженерно-геологических и гидрогеологических условий, а также сделать основной вывод о том, что применяемые до сей поры подходы при обосновании оптимальных параметров высоких отвалов работают не в полной мере и требуют корректировки как в методическом, так и исследовательском плане.

В первую очередь это относится к изучению физико-механических и водных свойств пород, так называемых, «сухих» отвалов при нагрузках адекватных на-

пряжениям в техногенном массиве. Так, исследования прочностных свойств отвальных смесей, выполненных ВНИМИ в 60—80-х годах прошлого столетия [1, 2, 3] и до сей поры используемых в расчетах отвалов в Кузбассе, производились на большом срезном приборе с площадью камеры 550 см2 при нагрузках до 0,9 МПа, что соответствует напряжениям от веса отвала высотой до 50 м. При увеличении высоты отвалов до 100 и более метров нагрузки возрастут в 2—3 раза, поэтому возникает настоятельная необходимость выполнения специальных исследований с целью установления закономерностей изменения прочностных показателей с ростом уплотняющих нагрузок, адекватных напряжениям в сооружении.

Еще одним осложняющим условием формирования отвалов в Кузбассе является изменение во временном историческом аспекте технологических процессов отвалообразования. На начальных этапах развития открытой угледобычи в регионе при внешнем отвалообразова-нии применялись две основных технологии: «сухое» и гидравлическое складирование вскрышных пород, которые позволяли селективно складировать дисперсные неоген-четвертичные покровные отложения и скальные углевмеща-ющие породы в гидроотвалы и «сухие» отвалы. В последние годы гидромеханизация при открытой разработке угольных МПИ в регионе и, в целом, в РФ, сокращает свои объемы, а иногда и полностью прекращает свое существование, что объясняется многими причинами: отсутствием земель под гидроотвалы, высоким энергопотреблением, низкой мобильностью и пр. Поэтому основным способом складирования пород на земной поверхности в настоящее время является «сухое» отвалообразование совместно нарушенных горными работами вскрышных дисперсных и скальных

пород. Физико-механические свойства техногенных отложений в отвалах при этом определяются соотношением в массивах двух основных разновидностей пород.

Изучение прочностных и деформационных свойств отвальных смесей производилось для двух разновидностей пород вскрыши угольных разрезов, отличающихся по возрасту и степени метаморфизма (таблица). Сравнительный анализ углевмещающих пород данных разрезов показывает, что вскрышная толща разреза «Заречный» представлена в основном алевролитом, тогда как на разрезе «Бачатский» она в большей степени состоит из песчаников. Цемент балахонских отложений преимущественно карбонатный в отличии от кольчугин-ских песчаников и алевролитов, где преобладают глинистые минералы. Данное обстоятельство вызвано различной степенью метаморфизма пород, соответствующей маркам угля СС, К для балахонских и Д, Г для кольчугинских отложений. Различие в степени метаморфизма естественно сказывается на прочности

пород в куске, которая более чем в два раза выше у балахонских песчаников и алевролитов относительно кольчугинских аналогичных разновидностей.

Изучение прочностных свойств отвальных смесей производились на одно-плоскостных приборах с использование схем неконсолидированно-недрениро-ванного и консолидировано-недрениро-ванного сдвига. Перед проведением испытаний образцы скальных пород дробились до фракции по крупности б = 2 мм и б = 5 мм, которые в последующем смешивались в различном соотношении и подвергались испытаниям на сдвиг в приборах с площадями испытательных камер 40 см2 (ВСВ-25М) и 177 см2 ^СТБ RDS-200), соответственно [5]. Вертикальные нагрузки изменялись в диапазоне от 0 до 2,5 МПа. Для изучения влияния размера фракций на получаемые прочностные характеристики до и после проведения сдвиговых испытаний выполнялось определение грансостава смеси ситовым способом.

В результате выполненных исследований получены следующие результаты,

Сравнительный анализ пород углевмещающей толщи разрезов Бачатский и Заречный [5]

Виды пород Разрез «Заречный» — кольчугинская серия Разрез «Бачатский» — балахонская серия

Песчаники Цемент пород в основном глинистый, пленочный, представлен гидрослюдой. Среднее значение временного сопротивления сжатию 37 МПа. Содержание во вскрышной толще достигает 25%. Цемент пород преимущественно карбонатный, поровый и пленочный. Среднее значение временного сопротивления сжатию 87 МПа. Содержание во вскрышной толще достигает 60%.

Алевролиты Цемент преимущественно глинистый, пленочного типа. Среднее значение временного сопротивления сжатию 26,2 МПа. Содержание в отвале составляет до 70%. Характеризуются наличием карбонатного цемента. Среднее значение временного сопротивления сжатию 60,67 МПа. Составляют до 30% отвальной массы.

Аргиллиты Характеризуются ослабленными структурными связями. Среднее значение временного сопротивления сжатию 19,7 МПа. Содержание в отвальной массе незначительно — до 5%. Характеризуются ослабленными структурными связями. Среднее значение временного сопротивления сжатию 22,3 МПа. Содержание в отвальной массе незначительно — до 5%.

Рис. 1. Зависимость величины угла внутреннего трения от вертикальных напряжений

позволившие выявит следующие закономерности:

1. Величина сцепления возрастает с увеличением вертикальной нагрузки и, соответственно, высоты горнотехнического сооружения.

2. Угол внутреннего трения закономерно уменьшается пропорционально росту прикладываемой вертикальной нагрузки — высоты горнотехнического сооружения (рис. 1). Лабораторные испытания показали, что породы балахон-ской серии имеют более высокие угля трения, чем породы кольчугинской серии. Например, углы внутреннего трения песчаников Бачатского месторождения

Рис. 2. Влияние содержания суглинистого заполнителя в отвальной массе на показатели прочностных свойств

отличаются от аналогичного параметра песчаников кольчугинской серии в среднем на 10—20%.

3. Параметры прочности отвальных смесей определяются соотношением скального обломочного материала и глинистого наполнителя из неоген-четвертичных отложений. Установлено, что: при содержании заполнителя до 30% углы внутреннего трения изменяется не значительно и близки к показателю, полученному для материала представленного только обломками скальных пород; в диапазоне содержания суглинка с 30 до 70% наблюдается плавное снижение углов внутреннего трения и увеличение сцепления от значений,полученных при испытаниях обломочного материала и нарушенных неоген-четвертичных пород; при превышении порога в 70% содержания глинистого наполнителя свойства смесей приближаются к свойствам, определенным только для глинистых разностей (рис. 2).

Максимальные значения углов внутреннего трения отвальных пород при малых уплотняющих нагрузках от 0 до 0,15 МПа вероятнее всего связаны со значительным уплотнением материала на начальном этапе при нормальном и тангенсальной нагружении. Минимальные углы внутреннего трения пород получаются при нагрузках, превышающих

1 МПа. Данное явление обусловлено разрушением обломков пород при преодолении их предела прочности на одноосное сжатие, сопровождающееся изменением гранулометрического состава испытываемого материала. Так, в ходе сдвиговых испытаний на приборе GCTS RDS-200 (с величиной зазора 5 мм) зафиксированы 20% изменения гранулометрического состава пород до размера

2 мм, изначально представленных фракцией 5 мм (рис. 3).

Как уже отмечалось выше, при увеличении высоты отвала происходит уп-

[после

Рис. 3. Изменение гранулометрического состава песчаников под влиянием вертикальных и касательных напряжений

лотнение ранее отсыпанных техногенных пород под действием возрастающей нормальной нагрузки, приводящее к уменьшению их пористости и проницаемости. Данный процесс может привести при наличии существующего ин-фильтрационного питания и относительно низких коэффициентах фильтрации техногенных отложений к затрудненному режиму водоотведения из отвального массива и, в конечном итоге, формированию безнапорного водоносного горизонта, гидродинамика которого, во многом, определит состояние устойчивости откосов. Следует отметить, что важным вопросом при прогнозе режима подземных вод в теле отвала является определение параметров водопроницаемости.

Однако в гидрогеологической практике подобных исследований практически выполнено не было.

При инженерно-геологических исследованиях причин возникновения оползневого смещения на внешнем отвале разреза «Заречный» в техногенном массиве установлено наличие водоносного горизонта (рис. 4) со степенью обводнения 40—60%. На рис. 5 приведена карта гидроизогипс техногенного водоносного горизонта логового участка отвала разреза «Заречный», анализ которой позволяет отметить, что в логах происходит разгрузка водоносных горизонтов, соответственно, обводнение техногенного массива в этих зонах максимально, а состояние устойчивости характеризу-

Рис. 4. Геологические разрезы по профилям 121—124 и 121—128 с указанием напоров по пьезометрическим датчикам

Рис. 5. Карта гидроизогипс внешнего отвала разреза «Заречный»

ется меньшим коэффициентом запаса, иногда, близким к предельному равновесию. Подтверждением данного вывода является оползневая деформация на отвале, начало развития которой приурочено к тальвегу лога.

Численное моделирование зарегистрированного геофильтрационного режима позволяет на основе выполнения обратных расчетов охарактеризовать породы техногенного массива отвала коэффициентом фильтрации 0,05 м/сут.

Полученный параметр проницаемости пород использовался для прогноза положения депрессионной поверхности в откосе отвала высотой 200 м (рис. 6), при этом численным моделирование получена степень обводнения отвала в 40%.

Одними из определяющих устойчивость отвалов факторов также являются инженерно-геологические и гидрогеологические условия основания горнотехнических сооружений [6, 7, 13]. Применительно к условиям Кузбасса можно вы-

Откос отвала — Напоры воды

200 300 400

рч _

Расстояние от нижнеи кромки откоса, ы

Рис. 6. Распределение напоров воды в откосе отвала в логу

делить три типа основания: естественное, техногенно-преобразованное и техноген-но-образованное.

Первый тип основания — естественное основание отвалов — появляется на начальных этапах формирования горнотехнических сооружений, т.е. при отсыпке первого отвального яруса (обычно высотой 30 м), когда его устойчивость определяется естественной прочностью пород. Нагрузка от первого яруса существенно изменяет инженерно-геологические условия основания — разрушает сформировавшиеся структурные связи, изменяет состояние и свойства пород.

Появляется второй тип основания — техногенно-преобразованное. При отсыпке последующих отвальных ярусов происходит дальнейшее изменение инженерно-геологических условий основания до определенного предела, когда влажность достигает предела на раскатывание, а породы приобретают твердую консистенцию. При таком состоянии в дисперсных глинистых породах отсутствует свободная вода, при механическом воздействии на нее оставшаяся связанная вода работает совместно со скелетом как однофазная среда.

Третий тип основания — техногенно-образованное — возникает при отсыпке отвалов на территориях с ранее отсыпанными техногенными породами или в старых горных выработках. В последнем случае отсыпка обычно производится на прочное основание и параметры отвального сооружения определяются исключительно свойствами вскрышных пород, а результирующий угол близок к углу естественного откоса пород. При отсыпке «сухого» отвала на гидроотвал намывные породы следует рассматривать как «слабое» основание, где необходимо учитывать вероятное развитие избыточного порового давления, сильную обводненность техногенного массива и низкие показатели прочностных

свойств, при этом при отвалообразова-нии развиваются процессы уплотнения, упрочнения и формоизменения [10].

Инженерно-геологические условия оснований отвальных сооружений в Кузбассе определяются распространением отложений неоген-четвертичного возраста, сплошным чехлом покрывающие углевмещающие породы [9], и рельефом поверхности. При этом территорию бассейна наиболее целесообразно разделить по мощности и углам наклона основания три района [3]: — северный: характеризуется углами наклона от 0 до 15° и мощностью до 40 м; — центральный: характеризуется углами наклона от 0 до 3° и мощностью до 80 м; — южный: характеризуется углами наклона до 27° и мощностью от первых метров до 15— 20 м. Общеизвестно, что наклон основания отвала существенно сказывается на устойчивости горнотехнических сооружений, при этом самыми неблагоприятными участками являются склоны и особенно лога с углами наклонов более 10°. При таких наклонах формирование высоких отвалов является проблемой, так как максимальные устойчивые результирующие углы откосов отвалов высотой более 200 м вряд ли превысят 15°.

Неоген-четвертичных отложения представлены различными по возрасту свитами, среди которых выделяются три основные генетические разновидности: аллювиальные, делювиально-пролюви-альные и лессовидные. Первые сформированы в водных условиях рек, озер, морей, иногда, болот в отсутствии окислительных процессов преобразования, поэтому данные породы имеют пестрый окрас от темно-серого до бурого, характеризуются более глинистым составом, высокой влажностью. С позиции оценки устойчивости отвалов эти породы представляют наибольшую опасность, так как являются полностью водонасыщенны-ми, характеризуются низкой прочностью

и высокой сжимаемостью. При нагру-жении в них формируется и длительное время сохраняется избыточное поровое давление, поэтому при обосновании параметров горнотехнических сооружений необходимо учитывать развитие процессов фильтрационной консолидации [6, 8]. Изменение напряженного состояния пород в основании отвала при рассеивании избыточного порового давления сопровождается уплотнением и упрочнение пород. Многочисленные лабораторные испытания монолитов пород данного типа показали углы внутреннего трения от 9 до 12° при возрастании сцепления от 0,025 до 0,08 МПа в зависимости от напряженного и физического состояния.

Второй генетический тип неоген-четвертичных отложений — делювиально-пролювиальные — встречается повсеместно на водоразделах и равнинных участках, представлен легкими и средними суглинками с большим содержанием пы-леватой фракции от 56 до 84%. Пыле-ватый состав таких пород существенно снижает их пластичность и гидростойкость. Вышеизложенные факторы обуславливают невысокую устойчивость в откосах данных пород и их легкую раз-мываемость. В естественном состоянии они характеризуются углами внутреннего трения 15—23° и сцеплением — 0,03— 0,05 МПа. При возрастании нагрузки уплотнения сцепление данных пород может возрасти до 0,08 МПа.

Верхняя часть разреза территории Кузбасса сложена лессовидными отложениями, для которых характерны макропористость, пылеватый состав, большая сжимаемость и просадочность при замачивании водой. По составу это легкие

суглинки, характеризующиеся углами внутреннего трения 17—25° и сцеплением 0,01—0,04 МПа. При их нагружении происходит разрушение характерных для лессовидных пород цементационных структурных связей, уплотнение скелета и изменение параметров прочности до значений, близких делювиально-пролю-виальным суглинкам.

Таким образом, в данной работе проанализированы инженерно-геологические и гидрогеологические условия внешнего отвалообразования на разрезах Кузбасса. Выделены и охарактеризованы два типа пород, формирующихся отвальных массивов в зависимости от возраста, степени метаморфизма и типа цемента углевмещающих вскрышных отложений. Свойства отвальных пород для условий конкретных горнотехнических сооружений при этом зависят от соотношения скального обломочного материала и глинистого заполнителя из неоген-четвертичных покровных отложений. Основание отвальных сооружений в регионе представлено неоген-четвертичной толщей, сложенной тремя генетическими типами пород: аллювиальными, делювиально-пролювиальными и лессовидными, отличающимися по структуре, состоянию и свойствам отложений, а также деформационным поведением при нагружении отвалами. При уплотнении пород в отвальных массивах большой мощности происходит изменение их фильтрационных свойств, появляются условия формирования в теле отвала техногенных водоносных горизонтов, гидродинамический режим которых существенно определяет условия устойчивости откосов и оптимальные параметры высоких горнотехнических сооружений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крячко О. Ю. Управление отвалами открытых горных работ. — М.: Недра, 1980.

2. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. — СПб.: ВНИМИ, 1998. — 208 с.

3. Кутепов Ю. И. Научно-методические основы инженерно-геологического обеспечения отвалообразования при разработке угольных месторождений. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.15 «Рудничная геология». - М.: МГГУ, 1999.

4. Ольховатенко В. Е. Инженерная геология угольных месторождений Кузнецкого бассейна. - Томск: Изд-во ТГАСУ, 2014.

5. Освоение техногенных массивов на горных предприятиях. — М.: Горная книга, 2012.

6. Кутепов Ю. И., Кутепова Н.А. и др. Указания по методам гидрогеомеханического обоснования оптимальных параметров гидроотвалов и отвалов на слабых основаниях. Ч. I. Изучение гидрогеомеханических условий строительства, эксплуатации и рекультивации отвальных сооружений. — Л.: ВНИМИ, 1989.

7. Кутепов Ю. И., Кутепова Н.А. и др. Указания по методам гидрогеомеханического обоснования оптимальных параметров гидроотвалов и отвалов на слабых основаниях. Ч. II. Обоснование оптимальных параметров отвальных сооружений. — Л.: ВНИМИ, 1990.

8. Инженерная геология СССР. В 8-ми томах. Т. 5. Алтай. Урал / Под ред. Е. М. Сергеева. — М.: Изд-во МГУ, 1978.

9. Кутепов Ю. И., Кутепова Н.А., Карасев М.А., Кутепов Ю. Ю. Прогноз формоизменения намывных массивов гидроотвалов при складировании на них отвальных насыпей // Горный журнал. — 2016. — № 12. — С. 23—27.

10. Кутепов Ю. И., Кутепова Н.А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно-нарушенных массивах при отработке МПИ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № 8. — С. 123—131.

11. Murthy V.N. Geotechnical engineering principles and practices of soil mechanics and foundation engineering. — Marcel Publisher, 2003. — 1100 p.

12. Lee Abramson. Slope stability and stabilization methods. — New York: John Wiley & Sons, 2001.

13. Koutepov J. J., Galperin A. M., Moseykin V. V. Engineering-Geological provision of dumping massives development at mining enterprises of the Kuznetsk Coal Basin (Russia). 8. Freiberger Geotechnik-Kolloquium, TU Freiberg, 2015, pp. 183—191.

14. Koutepov J. J., Vasileva A. D. Die Untesuchungen von der technogenen verkippten Gesteine Scherparametern im Kohlenbergbauhalden // Scientific Reports on Resource Issues 2016. Vol. 1: Efficiency and Sustainabitity in the Mineral Industry — Innovations in Geology, Mining, Processing, Economics, Safety and Enviromental Management (issue 1). TU Freiberg: 2016. ittttti

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кутепов Юрий Иванович1 — доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией,

Васильева Анастасия Дмитриевна1 — аспирант, инженер, e-mail: 9811855121@mail.ru, 1 Санкт-Петербургский горный университет.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 10, pp. 122-131.

UDC 622.221.451.2 (57)

Yu.I. Kutepov, A.D. Vasil'eva

GEOTECHNICAL CONDITIONS OF EXTERNAL DUMPING AT OPEN PIT MINES IN KUZBASS

It is shown that the deficit areas for dumping construction on most coal mines in Kuzbass eliminated by increasing the height and capacity of the existing dump facilities. We consider determining the sustainability of high mining installations factors, principal among which are changing with increasing load geotechnical and hydro-geological conditions of natural-technical system «blade-base.» The data carried out laboratory tests of strength properties of man-made piles of rocks,

formed from sandstone and siltstone balahonskoy Kolchuginsky and suites in mixtures with Neo-gene-Quaternary loam in different ratios. The dependence of changes of an-gles of internal friction and cohesion dump mixtures under normal loads from 0 to 2.5 MPa. It was found that increasing the height of the blade and the sealing load decreases porosity and permeability of the rock, that by providing in-filtration feeding leads to the formation of techno-genic array unconfined aquifer regime which essentially determines the stability of slopes. The analysis of engineering-geological structure of the Neogene-Quaternary rocks which are the basis of mining facilities. To isolate and characterize the main genetic types of overburden. It is shown for the specific conditions of the external blade changing strength properties of the base of the folded-proluvial diluvial loams of various consistencies.

Key words: tall dumps, geotechnical and hydrogeological conditions, stability, strength properties of rocks, hydrology, filtration coefficient, dump parameters, slope stability.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-10-0-122-131

AUTHORS

Kutepov Yu.11, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Laboratory, Vasil'eva A.D.1, Graduate Student, Engineer, e-mail: 9811855121@mail.ru, 1 Saint Petersburg Mining University, 199106, Saint-Petersburg, Russia.

REFERENCES

1. Kryachko O. Yu. Upravlenie otvalami otkrytykh gornykh rabot (Open pit mine dumping management), Moscow, Nedra, 1980.

2. Pravila obespecheniya ustoychivosti otkosov na ugol'nykh razrezakh (Slope stability regulations for open pit mines), Saint-Petersburg, VNIMI, 1998, 208 p.

3. Kutepov Yu. I. Nauchno-metodicheskie osnovy inzhenerno-geologicheskogo obespecheniya ot-valoobrazovaniya pri razrabotke ugol'nykh mestorozhdeniy (Scientific framework for engineering-geological support of dumping during coal mining), Doctor's thesis, Moscow, MGGU, 1999.

4. Ol'khovatenko V. E. Inzhenernaya geologiya ugol'nykh mestorozhdeniy Kuznetskogo basseyna (Engineering geology of coal deposits in the Kuznetsk basin), Tomsk, Izd-vo TGASU, 2014.

5. Osvoenie tekhnogennykh massivov na gornykh predpriyatiyakh (Mining waste management), Moscow, Gornaya kniga, 2012.

6. Kutepov Yu. I., Kutepova N. A. Ukazaniya po metodam gidrogeomekhanicheskogo obosnovaniya optimal'nykh parametrov gidrootvalov i otvalov na slabykh osnovaniyakh. Ch. I (Guidelines on hydro-geomechanical justification of optimal parameters for hydraulic fills and dumps on weak foundations, part I), Leningrad, VNIMI, 1989.

7. Kutepov Yu. I., Kutepova N. A. Ukazaniya po metodam gidrogeomekhanicheskogo obosnovaniya optimal'nykh parametrov gidrootvalov i otvalov na slabykh osnovaniyakh. Ch. II. (Guidelines on hydro-geomechanical justification of optimal parameters for hydraulic fills and dumps on weak foundations, part II), Leningrad, VNIMI, 1990.

8. Inzhenernaya geologiya SSSR. V 8-mi tomakh. T. 5. Pod red. E. M. Sergeeva (Engineering Geology of the USSR, in 8 vol., vol. 5, Sergeev E. M. (Ed.)), Moscow, Izd-vo MGU, 1978.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Kutepov Yu. I., Kutepova N. A., Karasev M. A., Kutepov Yu. Yu. Gornyy zhurnal. 2016, no 12, pp. 23-27.

10. Kutepov Yu. I., Kutepova N. A. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 8, pp. 123-131.

11. Murthy V. N. Geotechnical engineering principles and practices of soil mechanics and foundation engineering. Marcel Publisher, 2003. 1100 p.

12. Lee Abramson. Slope stability and stabilization methods. New York: John Wiley & Sons, 2001.

13. Koutepov J. J., Galperin A. M., Moseykin V. V. Engineering-Geological provision of dumping massives development at mining enterprises of the Kuznetsk Coal Basin (Russia). 8. Freiberger Geotech-nik-Kolloquium, TU Freiberg, 2015, pp. 183-191.

14. Koutepov J. J., Vasileva A. D. Die Untesuchungen von der technogenen verkippten Gesteine Scherparametern im Kohlenbergbauhalden. Scientific Reports on Resource Issues 2016. Vol. 1: Efficiency and Sustainabitity in the Mineral Industry Innovations in Geology, Mining, Processing, Economics, Safety and Enviromental Management (issue 1). TU Freiberg: 2016.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.