CC BY
57
торой зависят от конкретных горно-гбологических, геомеханических, точностных параметров.
Аналогичный подход к решению задачи по установлению границ зоны наблюдений может быть использован при проектировании на-
Рнс. 2. Пространственные границы наблюдательной станции:
/ — граница наблюдаемой зоны тх, т^, для {"х, тх у-5 мм. 2 - центральная профильная линия
блюдательных станций на карьерах различной формы и глубины, с учетом вероятностного, горно-геологического, геомеханического и точностного аспектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
]. Гордеев В. А. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений: Учебное пособие.— Свердловск: СГИ, 1987.— 88 с.
2. Инструкция по расчету устойчивости бортов разрезов при их ликвидации и обеспечению сохранности прилежащих к разрезам территорий,—Л., 1977,—С. 55.
3. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработка мероприятий по обеспечению их устойчивости / ВНИМИ,— Л., 1971.
4. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при разработке рудных месторождений / М-во цв. мет. СССР. Горное управление: Введ. 3.07.86,— Разраб. ВНИМИ. ВНИПИгорцветмет.—М.: Недра, 1988,—112 с.
5. Маркшейдерские работы на карьерах и приисках: Справочник/ В. Н. Попов, К. С. Ворковастов и др.— М.: Недра, 1989,—424 с.
УДК 622.27
• В. А. Гордеев, Г. В. Матюгин •
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА ГОКА «ЭРДЭНЭТ»
Хвостохранилище обогатительной фабрики ГОКа «Эрдэнэт^ речного (овражного) типа расположено в долине р.- Зуны. По степени ответственности и технологическим параметрам сооружение относится к второму классу капитальности.
Территория хвостового хозяйства в геологическом отношении представлена четвертичными аллювиальными отложениями, залегающими в днище чаши до глубины 24—41 м, делювиально-пролювиальными отложениями, прикрывающими борта чаши, скальными породами пермского возраста, верхняя часть которых элювирована. Скальные породы слагают борта чаши и коренное ложе. Они в различной степени выветрены и трещиноваты, вплоть до мощных зон, ослабленных сильной трещиноватостью.
Пионерная насыпь высотой 20 м отсыпана из пород скальной вскрыши рудника на отметке русла реки 1206 м. Низовой откос насыпи имеет заложение 1:1,5, а верховой откос 1:2,5 защищен суглинистым экраном.
Намыв хвостов выше гребня пионерной насыпи производится за дамбочками обвалования высотой 5—6 м. Дамбочки обвалования оформляются из крупных хвостов, сгребаемых с пляжа бульдозером. Гребень и низовой откос 1:1,5 дамбочки пригружаются метровым слоем скальной вскрыши. Верховой откос 1:2 защищается суглинистым экраном. Ширина дамбочки по верху 12 м, по низу 48 м. Общий уклон низового откоса намытой части дамбы составляет 1 : 5. Конечная отметка заполнения хвостохранилища 1285 м определяется рельефом местности. В 1992 г. высотная отметка гребня дамбы достигла 1270 м.
Сброс хвостов в теплый период года производится через выпуски диаметра 200 мм распределительного пульповода диаметра 1200 мм, установленного на гребне дамбы. В зимнее время хвосты сбрасыва-ютс'я через сосредоточенные выпуски диаметра 1000 мм с гребня плотины и левого распределительного пульповода. Выход хвостов составляет 57,5 тыс. т в сутки, интенсивность намыва—'1,5 м хвостовых отложений в год.
В целях обеспечения устойчивости дамбы в условиях сейсмичности района ширина плажа выдерживается не менее 300 м. Для наблюдения за положением депрессионной кривой установлены пьезометры.
С 1990 г. кафедра маркшейдерского дела Уральского горного института проводит инструментальные наблюдения за деформациями дамбы хвостохранилища. В задачи исследований входит также изучение геомеханических условий строительства дамбы и прогноз развития геомеханических процессов при ее эксплуатации.
Условия- строительства изучаются по материалам инженерно-геологических изысканий на стадии технического проектирования и эксплуатации хвостохранилища. При этом необходимо установить: рельеф местности в проектном контуре заполнения; геологическое строение основания хвостохранилища (литологиче-ская характеристика и мощность залегающих в основании грунтов, глубина залегания скальных пород);
развитие тектонических нарушений, гидрогеологические и геокриологические условия (в т.ч. глубина сезонного промерзания грунтов), сейсмичность района;
физические свойства грунтов основания (плотность в водонасы-щенном состоянии, .угол, внутреннего трения и сцесление, модуль деформации, несущая способность, водопроницаемость, сжимаемость);
физические свойства грунтов пионерной насыпи (плотность, угол внутреннего трения, сцепление, модуль деформации);
свойства хвостовых отложений (гранулометрический состав, консистенция, водопроницаемость, сжимаемость, угол внутреннего трения и сцепление).
Гранулометрический состав хвостовых отложений на объекте исследований определялся для 115 проб. Средние значения эффектив-
ного d\0 и средневзвешенного dw диаметров оказались соответственно 14 и 98 мкм. Между ними установлена тесная статистическая связь (индекс корреляции 0.84):
d10 = 0,0478^ + 3,825-lO-^sV (1)
Обнаружена слабая обратная статистическая связь средневзвешенного диаметра отложений с удаленностью от места намыва L и глубиной Н:
dM= 127-0,16L; dw = 132-2,67//. (2)'
Хвосты можно отнести к пылеватым (у 94 % пР°б средневзвешенный диаметр оказался менее 0,15 мм), неоднородным по составу (коэффициент неоднородности d60/d\0> 10).
Анализ гранулометрического состава и показателей консистенции проб, отобранных на различной глубине, позволил установить, что хвостовые отложения в разрезе снизу вверх представлены: легкими суглинками (4 % всех проб) от мягкопластичной до текучей консистенции, переслаиванием супесей легких (36%) и тяжелых (2%) с песками мелкозернистыми (40%), тонкозернистыми (13%) и пыле-ватыми (5 %). (
По результатам бурового зондирования хорошо прослеживаются контакты (переходные зоны) между отложениями разных лет намыва. Переходные зоны достигают мощности 2—3 м, представлены слоистыми супесями и суглинками, пылеватым песком. Это водонасыщен-ные грунты, часто мерзлые, встречаются участки с чистым льдом, что указывает на формирование переходных зон в зимний период, когда изменяется режим намыва.
Ввиду отсутствия компрессионных испытаний хвостовых отложений найдена статистическая зависимость коэффициента пористости е от глубины отбора пробы Н, которая для условий объекта имеет вид (индекс корреляции 0,39, число проб 52): >
<? = —0,069921п (//4-2,776) +0,9819.. (3)
Для перехода от полученного уравнения к компрессионной кривой используется замена из условия // = 10Я/р (где р — плотность отложений, т/м3, Р— сжимающая нагрузка, кг/см*). В диапазоне нагрузок на объекте (при р=1,9 т/м3, Я=10—40 м, Р = 2—8 кг/см2) коэффициент сжимаемости отложений (—de/dP) изменяется в пределах от 0,005 до 0,1 см2/кг, т.е. хвосты могут быть отнесены к грунтам средней и повышенной сжимаемости.
Уравнение компрессионной кривой используется для оценки и прогноза полной осадки S намывного массива методом послойного суммирования в условиях одномерной задачи:
• <4>
i= 1
где еа1 — начальный коэффициент пористости в среднем сечении i-ro слоя дополнительной нагрузки; eKi — конечный коэффициент пористости в среднем сечении г'-го слоя после приложения нагрузки; ht — мощность i-ro слоя; п — общее число слоев.
Мощность годовых слоев хвостовых отложений определяется по разрезу, составленному с учетом данных бурового зондирования. Осадка грунтов в основании хвостохранилища не учитывалась, т.к. эти грунты малосжимаемые и в настоящее время их уплотнение маловероятно.
Расчет осадок производится для слоев, па которых расположены профильные линии наблюдательной станции. Сравнивая расчетные значения осадок с результатами геометрического нивелирования реперов наблюдательных станций, легко заметить, что лучшую сходимость обеспечивают репера, расположенные в верхней части дамбы, в непосредственной близости от места намыва. Чем дальше репер находится от места намыва, тем в меньшей степени он отражает фактическую осадку слоя.
Для перехода от расчетного значения осадки слоя к прогнозному значению оседания репера предлагается использовать коэффициент, учитывающий удаленность репера от места намыва:
к.=4-' <5)
где 5Н — оседание репера за некоторый период наблюдений, мм; 5Р — расчетная осадка слоя за тот же период, мм.
Прогноз оседания репера на следующий период (год) производится умножением коэффициента Ки, полученного за предыдущие годы на расчетную величину осадки слоя в прогнозируемом году. Для объекта коэффициенты изменяются от 1 (на верхней дамбочке обвалования) до 0,2 (на нижних дамбочках). Если наблюдения последующих лет покажут хорошую сходимость прогнозных оценок, то нивелировку дамбочек,. расположенных вне активной зоны консолидации хвостовых отложений (Л^<0,5), можно прекратить совсем либо увеличить интервал между сериями до 1—2 лет.
Второй задачей геомеханических исследований является оценка величины порового давления в намываемой части (слоях) лвосто-хранилища и в его основании. Оценка производится на основе имеющихся решений одномерной задачи уплотнения грунтов.
Анализируя графики решения задачи в слое переменной мощности [1], в качестве критерия малости порового давления в намываемой части примем ц.<цо, где ц0=0,1 для слоя на водоупоре и цо=0,4 для слоя на дренаже.
Значение ц рассчитывается по формуле
ц =-^-, " (6)
3650«ф (1 Н-еср)
где V — средняя интенсивность намыва (3,3 м/год); ^—время от начала намыва хвостохранилища до расчетного года (16 лет); а — Средний коэффициент сжимаемости хвостовых отложений:
а — - е«~е" = -°'7~°'8-= 0,012 см4/кг, (7)
рк-рн 10-2
рв — плотность воды (1 т/м3); — средний коэффициент фильтрации толщи в вертикальном направлении (0,45 м/сут.); еСр — средний коэффициент пористости хвостов в диапазоне нагрузок 2—10 кг/см2 (0,75); 3650 — коэффициент размерности.
После подстановки исходных данных в формулу (6) получили ц—0,0007, что существенно меньше цо=1- При таком значении ц максимальная величина порового давления составит в нижнем слое (при р= 1,9 т/м3):
Ри = —= 0,04 т/м4. (8)
Таким образом, вследствие достаточно высокой водопроницаемости песчаных и супесчаных хвостовых отложений поровое давление
в основной части хвостохранилища невелико, и его величиной можно пренебречь.
О величине порового давления в суглинистом основании хвостохранилища можно судить по коэффициенту Сь граничные значения которого Со приведены в [2]. При С1>С0 поровым давлением в основании хвостохранилища можно пренебречь. Коэффициент С рассчитывается по формуле
г _ 3650/£ф (1+е)
где кф — коэффициент фильтрации водоупорного слоя (0,0003 м/сут.); е — коэффициент пористости водоупора (0,5); а — коэффициент сжимаемости водоупора (0,01 см2/кг); т — мощность водоупора (10 м).
Геомеханический разрез хвостохранилища
Выполненный расчет показал С|=26, что значительно превышает граничное значение Со=5. Поэтому в дальнейших расчетах устойчивости дамбы хвостохранилища поровое давление, возникающее в результате консолидации хвостовых отложений, не учитывалось.
Оценка устойчивости дамбы хвостохранилища с учетом гидродинамических сил и сейсмичности района строительства производилась по величине коэффициента устойчивости
к
S (c/+Ptg<p[(l —rv) cose — kc sin ej) "y = —-~k-, (10)
2 P(sine+A'ccos e)
где k — число элементарных вертикальных блоков, на которые разделяется призма сдвигаемых грунтов; с — сцепление грунта в основании блока, т/м2; / — длина основания блока, м; Р — масса блока, т; Ф — угол внутреннего трения грунта в основании блока, град.;
% = (П)
/i„ — высота обводненной части блока, м; ftp —высота блока, м; р — средняя взвешенная плотность грунтов в блоке, т/м3; е — угол основания блока, град.; kc—коэффициент сейсмичности.
На геомеханическом разрезе в границах внешнего контура и потенциальной поверхности скольжения выделены зоНы (см. рисунок): выше депрессионной кривой — условно приняты песчаные грунты (р= 1,9 т/м3, с=0, ф=28°);
ниже депрессионной кривой — условно приняты супесчаные грунты (р=2 т/м3, с=0,1 т/м2, ф«=22°);
нижний слой хвостов —г условно приняты суглинки (р = 1,9 т/м3, с=0,15 т/м2, ф== 15°) ;
в основании хвостохранилища — суглинисто-супесчаные слои (р = = 2 т/м3, с=0,5 т/м2, ф=15°) и элювиальные породы (с=2,5 т/м2, Ф=25°>;
суглинки экрана пионерной насыпи (у = 2,1 т/м3, с=3,5 т/м2,
Ф= 12°);
скальная наброска пионерной насыпи (y=2,2 т/м3, с=3 т/м2, Ф=33°). . ,
Контур низового откоса дамбы принят прямолинейным под углом 10°. Для расчетов составлена программа, реализующая способ алгебраического сложения сил по криволинейной поверхности скольжения. Поверхность скольжения задавалась кубическим сплайном, образующим в прудковой зоне угол 45°+ф/2 с горизонтальной поверхностью, а в низовом откосе угол 45° — ф/2 с линией откоса.
Рассматривались следующие варианты:
отсутствие сейсмического воздействия (£с=0), сейсмичность 6 баллов (Äc=0,01), сейсмичность 8 баллов (¿с=0,05);
высотные отметки верхней дамбы 1265 м (высота дамбы 59 м), | 1276 м и 1285м (конечная высота); (
длина плажа изменялась от 40 до 350 м; »
мощность суглинисто-супесчаных слоев 1—2 в основании хвосто- 1 хранилища принималась 10, 20 и 30 м.
В результате расчетов установлено:
высота дамбы в указанных пределах незначительно влияет на изменение коэффициента устойчивости;
при отсутствии сейсмического воздействия дамба останется устойчивой (яу=1,4);
для сохранения устойчивости сооружения при землетрясении интенсивностью 8 баллов ширина пляжа должна быть не менее 350 м
(«у='1.2);
увеличение мощности слабого слоя в основании хвостохранилища с Юм до 30м приводит к снижению коэффициента устойчивости в среднем на 10 %;
поверхность скольжения не проходит под пионерной насыпью, т.е. исключается выпор основания пионерной насыпи.
Прогноз развития геомеханических процессов позволил провести корректировку маркшейдерских инструментальных наблюдений за устойчивостью дамбы хвостохранилища, выявить участки, подлежащие наблюдению до постановки хвостохранилища на консервацию.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гальперин А. М. Управление состояний намывных массивов на горных предприятиях.—М.: Недра — 1988.— 199 с.
2. Евдокимов П. Д., Сазонов Г. Т. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик.— 2-е. изд., перераб. и доп.— М.: Недра — 1978.—439 с.
УДК 528.335
Е. А. Акулова
О СОСТОЯНИИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НА ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ УРАЛА
Маркшейдерские геодезические опорные сети на крупных горных предприятиях Урала создавались 20—25 лет назад и более. В связи с совершенствованием горных работ они перестают обеспечивать нужды маркшейдерских служб.
