CC BY
98
УДК 622.27:528.48
В.Н. Яковлев
КОНТРОЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ДАМБ ХВОСТОХРАНИЛИЩ
Возросшие в последнее время объемы добычи и переработки рудных и нерудных полезных ископаемых обуславливают необходимость строительства крупных специалы ых намывных гидротехнических сооружений - хвостохранилищ. предназначенных для складирования отходов производства
При возведении и эксплуатации хвостохранилищ горных производств наибольшее внимание уделяется обеспечению их безопасности, так как разрушение данных объестов приводит к катастрофическим последствиям. В свя:-и с этим в принятых Федеральном законе о безопасности пиротехнических сооружений Российской Федерации от 23 июня 1997 года и Федеральном законе об отходах производства и потребления от 19 сентября 1997 года отмечается, что собственник гидротехнического сооружения и эксплуатирующая организация обязаны обеспечивать соблюдение норм и правил безопасности гидротехнических сооружений; обеспечивать контроль (мониторинг) за показателями состояния гидротехнического сооружения, обеспечивать разработку и своевременное уточнение критериев безопасности гидротехнического сооружения, развивать системы контроля за состоянием гидротехнического сооружения; систематически анализировать причины снижения безопасности гидротехнического сооружения и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния гидротехнического сооруа ния и его безопасности, а также по предотвращению аварии гидротехнического сооружения; принимать участие в международном сотрудничестве в области обращения с отходами. Реализация данных требований при возведении и эксплуатации хвостохранилищ невозможна без выполнения целого комплекса точных маркшсйдсрско-гсодезнчсских работ с применением новейших геодезических приборов и методов, обеспечивающих надежный контроль и оценку устойчивости намывных гидротехнических сооружений.
Расчеты устойчивости откосов производят известными методами, используя для этих целей среди других факторов и физико-механические характеристики тела и основания дамбы хво-стохранилища.
Расчетные физико-механические характеристики тела дамбы претерпевают существенные изменения в процессе строительства и эксплуатации дамбы за счет неравномс жости намыва. 13-хоронсния льдообразований, изменения пьезометрического уровня волы, фильтрации и выноса глинистых частиц из тела дамбы, влияние строительства очередных дамбочек обвалования на консолидацию нижележащих дамбочек. влияние транспортных средств или ре культивационных работ и т.п. Эти обстоятельства делают расчёты устойчивости низового откоса дамбы менее надежными, чем расчёты устойчивости естественных склонов и откосов бортов карьеров Вследствие этого поиск методов контроля для оценки устойчивости дамбы является важной проблемой, имеющей научную ценность и практическую значимость. Поэтому для контроля и оценки устойчивости предлагается использовать результаты маркшейдерских наблюдений, которые отражают влияние многих факторов, обуславливающих устойчивость дамбы.
Анализ и интерпретация результатов наблюдений позволяют:
- определить величины смешений и деформаций, скорости развития процесса и границы распространения деформаций;
- установить взаимосвязь между факторами, влияющими на устойчивость дамбы.
- определить критические величины деформации, предшеству ющие активной стадии деформирования;
- осуществлять контроль за дальнейшим развитием деформаций при строительстве дамбы и разработку противодеформационных мероприятий в случае необходимости.
Разработка и принятие геомеханической модели деформирования является основой при интерпретации наблюдений за деформациями как природных откосов, так н откосов намывных (насыпных) ограждающих дамб хвостохранилищ и прогнозе их у стойчивости.
Можно принять следу ющий обиий порядок деформирования откосов
Деформации приоткосной полосы имеют место в допредельном состоянии при коэффициенте запаса устойчивости более 1.3, а величины деформаций не выходят за пределы 2-Ю"4, которые не опасны для устойчивости откоса.
При коэффициенте запаса устойчивости п= 1.2... 1.25 на приоткосной полосе в пределах призмы возможного обрушения преобладают горизонтальные деформации растяжения величиной Е = (1-2) 10'\ а вертикальные смещения (оседания) в 3-5 раз меньше горизонтальных смещений. Ширину зоны деформирования в данном случае следует принимать равной ширине призмы возможного обрушения, величина которой с достаточной точностью определяется при расчете устойчивости и представляет собой расстояние от верхней бровки откоса до выхода наиболее слабой поверхности скольжения.
При коэффициенте запаса устойчивости л= 1.1... 1.15 максимальные смещения достигают опасных величин За короткий период интенсивных смещений четко оконтуривастся призма обрушения по резкому изменению направления (увеличение влияния оселаний в векторе смещения) и величин смещений. За границей призмы возможного обрушения вектор смещения почти горизонтален, а его величина в 5-10 раз меньше, чем в призме возможного обрушения.
К примеру, на угольных месторождениях Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях (2) допустимые горизонтальные деформации принимаются равными 6 10 \
Для условий дамб хвостохранилищ обрушение откоса наступает при величинах горизонтальных деформаций, превышающих Е> 510°[1].
Для конкретизации вышеуказанных •закономерностей и возможности их практического использования при предрасчёте ожидаемых деформаций в околопредельном состоянии или при интерпретации результатов наблюдений за деформациями откоса были выполнены специальные исследования, которые позволили установить зависимость величины горизонтальных деформаций (£) от коэффициента запаса устойчивости (л):
п 1.3 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05
£.Ю'3 0 20 0 50 1 00 160 1X0 5 00
Механизм деформирования откоса в околопредельном состоянии обуславливает необходимость раздельного анализа горизонтальных и вертикальных деформаций.
В первый период после возведения очередной дамбочки обвалования горизонтальные деформации имеют значительные величины и направлены в сторону пляжа от низового откоса и не связаны с потерей устойчивости дамбы. В последующие периоды горизонтальные деформации при устойчивом состоянии дамбы или отсутствуют, или их векторы располагаются хаотично. В околопрсдсльном и предельном состоянии дамбы горизонтальная составляющая вектора смещения направлена в сторону низового откоса, а вертикальные сдвижения превышают оседания, обусловленные консолидацией тела дамбы Вертикальные деформации в насыпных или намывных откосах подчиняются законам консолидации, суть которых заключается в уплотнении (консолидации) пород, которые проявляются с начала строительства сооружения. Поэтому весьма важно знать деформации, обусловленные консолидацией тела дамбы.
Казалось бы, что деформации консолидации песков в теле дамбы можно рассчитать теоретически, зная фнзико-механичсскнс характеристики и гранулометрический состав материала, используемого при строительстве дамбы. Однако при этом трудно учесть все факторы, влияющие на скорость оседания. К числу трудноучитываемых факторов следует отнести: влияние транспортного оборудования, обводнение и обезвоживание песков, влияние строительства дамбочек обвалования на нижележащие, влияние фильтрационных потоков и пьезометрического уровня и др.
Поэтому единственно правильным методом будет составление прогнозных графиков, полученных по результатам натурных наблюдений за осадками дамбы хвостохранилища При этом следует исходить из некоторых предпосылок, учитывающих строительство и эксплуатацию дамбы хвостохранилища (см рисунок). В частности, на графике прогноза оседаний следует выделить три зоны (периода): 1-я - период активного уплотнения насыпных и намывных грунтов, 2-я - период общей консолидации. 3-я - период окончания консолидации.
1-я зона охватывает период времени от окончания строительства очередной дамбочки обвалования (или возведения яруса) до начала снижения скорости оседания, характеризуется всли-
чиной максимальной скорости Рост скорости оссдания в этот период обусловлен значи-
тельным влиянием на уплотнение грунта обезвоживанием намытых песков, ликвидацией имеющихся пустот, работой транспортного оборудования по оформлению и обвалованию дамбочки.
Прогнозный график зависимости скорости оссдания реперов от времени эксплуатации дамбы
2-я зона - от начала снижения скорости оседания до её минимального значения охватывает основной период консолидации. При этом вышеуказанные факторы или не оказывают значительного влияния на консолидацию тела дамбы, или могут быть выделены и учтены дополнительно.
3-я зона означает окончательные консолидации фунта тела дамбы хвостохранилища. Описанный процесс деформирования и график зависимости скорости оссдания от времени
эксплуатации дамбы можно аппроксимировать зависимостью типа
з *
а2 +1
где V - скорость оссдания, мм/мсс; / - время эксплуатации дамбы, год; а, и а2 - коэффициенты, зависящие от условий эксплуатации хвостохранилища.
Коэффициенты а, и ^определяются регрессионным анализом по результатам наблюдений за оседанием конкретной дамбы.
Из вышеизложенного следует, что анализ результатов наблюдений, выполняемых по реперам, заложенным на поверхности дамбы, следует производить раздельно для горизонтальных и вертикальных деформаций
1. В том случае, когда наблюдениями установлены горизонтальные деформации, направленные в сторону низового откоса и превышающие точность наблюдений, анализируются условия и причины их возникновения
2. Рассматриваются возможные причины возникновения этих деформаций, в частности: изменение гидрогеологического режима дамбы (повышение или понижение пьезометрического уровня, замерзание и оттаивание источников выхода воды, появление или исчезновение водотоков и д р.); строительство очередных дамбочек; сейсмическое влияние БВР. производимых вблизи дамбы; динамические воздействия транспортных средств и рекультивационные работы, землетрясения.
3. В том случае, когда вышеуказанными причинами невозможно объяснить появление горизонтальных деформаций, для каждого интервала наблюдений рассчитываются скорости деформации
4. На участке обнаружения горизонтальных деформаций проводятся тщательные визуальные наблюдения на предмет появления трещин, а по результатам вертикальных смещений л деформаций на нижележащих горизонтах дамбы выполняется их анализ на предмет выпора и поднятия поверхности дамбы.
5. Рассчитываются величины и скорости деформации для каждого интервала наблюдений, по которым определяется время достижения критической величины горизонтальной деформации
6. По результатам наблюдений за вертикальными смещениями для каждой профильной линии, расположенной как вдоль, так и перпендикулярно дамбе хвостохранилища. строятся графики вертикальных деформаций и их скоростей.
7. По прогнозному графику (см. рисунок) строят для вышеуказанных профильных линий графики ожидаемых скоростей оседаний, обусловленных консолидацией тела дамбы.
8. Производится сравнение графиков скоростей деформирования, полученных по данным инструментальных измерений и по данным прогнозных величин В том случае, когда указанные графики отличаются между собой на величину, большую доверительного интервала прогнозного графика вертикальных скоростей деформирования, то даются объяснения отклонений измеренных величин от прогнозных.
Если объяснить эти отклонения не удаётся, а разность их величин имеет знак плюс, то, вычитая из измеренных величин прогнозные значения, получаем величины скоростей оседаний, обусловленные нарушением устойчивости дамбы, анализ которых позволяет оценить устойчивость дамбы и наметить противодеформационные мероприятия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Исследование устойчивости дамбы хвостохранилища ОФ ГОКа «Эроэнэт: Отчёт о НИР по теме 37-203-91. - Екатеринбург. УГГГА. 1993. - 77 с.
2. Правила охраны сооружении и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. - М.: Недра. 1981. - 286 с.
3. Сапожников В.Т.. Ким Д.Н., Афанасьев Б.Г. Характер деформирования бортов уральских разрезов в околопрсдсльном состоянии // Способы управления деформациями горного массива подрабатываемых сооружений, бортов разрезов и природных объектов при разработке свит угольных пластов. - Л.: ВНИМИ. 1986. - С. 64-71.
УДК 622.27:528.48
А.П. Бадулнн, В.Н. Яковлев
ОРГАНИЗАЦИЯ МАРКШЕЙДЕРСКО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ДАМБ ХВОСТОХРАНИЛИЩ
Важнейшим элементом хвостохранилища является ограждающая дамба, сооружение которой осуществляется путем последовательного строительства ряда дам бочек вторичного обвалования (ярусов дамбы).
При строительстве и эксплуатации хвостохранилищ необходим оперативный контроль за устойчивостью дамбочек обвалования, несущей способностью основания, напряженно-деформированным состоянием массива дамбы для обеспечения безаварийной работы сооружения. В этих целях организуются специальные маркшейдсрско-геодезическис инструментальные наблюдения с учетом требований действующих нормативных документов [3, 5. 7).
В целях оптимальной организации маркшейдерско-геодсзических наблюдений за деформациями дамбы хвостохранилища необходимо вначале изучить проектные решения строительства и эксплуатации дамбы, инженерно-геологические и гидрогеологические условия основания и тела дамбы, геометрические параметры сооружения. На основании результатов изучения выше перс-численных факторов произвести оценку устойчивости дамбы, определить наиболее вероятную область возможного проявления деформаций дамбы. Это позволит правильно создать наблюдательную сеть, обосновать точность и периодичность и наметить методику производства наблюдений.
