CC BY
47
I
SCIENCE TIME
I
КОНТРОЛЬ ЗА СОСТОЯНИЕМ ХВОСТОХРАНИЛИЩ
Рахимова Мухлиса Хасановна, Ташкентсий государственный технический университет, г.Ташкент, Республика Узбекистан
E-mail: [email protected]
Аннотация. Из-за увеличения объемов хвостов в теле дамбы хвостохранилищ, статическое и динамическое действие на перекладку дамбы заметно увеличивается. В результате резко развивается деформация в теле дамбы. Изучение этих процессов при помощи маркшейдерских наблюдений играет важную роль. Поэтому наблюдения за деформациями в теле дамбы с использованием современных маркшейдерских методов наблюдения, в том числе системой спутникового позиционирования, позволяет решать задачу в этой области и разрабатывать предложения обеспечения устойчивости дамб.
Ключевые слова: хвостохранилища, дамба, инструментальные наблюдения, геомониторинг.
Хвосты (или шлам) представляют собой отходы, произведенные в результате извлечения минерального сырья и металлов из добытых рудных пород. Хвосты в основном состоят из крошеной пустой породы и воды. Отходы с горно-обогатительного комбината обычно перекачиваются в наземные хранилища, которые, как правило, сооружаются в виде земляных дамб. Хвостохранилища варьируются в размерах от небольших бассейнов до резервуаров, покрывающих площадь более 1000 гектаров.
Анализ и обобщение опыта строительства и эксплуатации дамб хвостохранилищ обогатительных фабрик показывает, что на современном этапе развития горнодобывающей промышленности одним из аспектов проблемы является задача организации всестороннего мониторинга намывных ограждающих сооружений на весь срок их строительства и эксплуатации.
Перед горно-металлургической отраслью стоит задача сведения к нулю числа смертельных случаев и масштабных катастроф. В связи с этим рациональное использование хвостохранилищ является неотъемлемой частью корпоративной операционной стратегии и стратегии управления рисками [2].
В отсутствие надлежащего управления хвостохранилища оказывают разрушительное воздействие на окружающую среду и могут угрожать здоровью
1 SCIENCE TIME 1
и безопасности, поскольку загрязнения от сточных вод и пылевых выбросов потенциально токсичны для человека, животных и растений. Этот вред многократно умножается в случае физического повреждения хвостохранилища. Наводнение с отходами из хвостохранилищ и горных отвалов может стать причиной тяжелого загрязнения окружающей среды и даже привести к человеческим жертвам.
Управление критически важными средствами контроля определяется как подход к управлению маловероятными событиями с масштабными разрушительными последствиями, такими как катастрофические аварии на хвостохранилищах.
В целом, на первое место в плане обеспечения безопасности эксплуатации хвостохранилищ встаёт решение вопроса о разработке методики контроля и оценки их устойчивости, включающих интерпретацию полученных результатов и прогноз состояния ограждающего сооружения.
1. Анализ способов маркшейдерско-геодезических инструментальных наблюдений за состоянием дамб и плотин. Способы инструментальных наблюдений для измерения де-формаций откосов различны. Маркшейдерские инструментальные наблюдения за дамбами хвостохранилищ выполняются обычными геоде-зическими измерениями. Они производятся для предупреждения опасных деформаций и выявления причин их возникновения, а так-же изучения характера развития этих деформаций во времени и пространстве.
При производстве маркшейдерско-геодезических инструментальных наблюдений за состоянием дамб и плотин выполняется: ежемесячная проверка привязки нуля водомерной рейки; периодический геодезический
(маркшейдерский) контроль за осадками и смещениями сооружений и их оснований, а также за геометрическими параметрами сооружений.
Из способов маркшейдерского контроля за состоянием прибортовых массивов, основными являются: геометрическое нивелирование и гидронивелирование; дифференциальный метод; плановая и пространственная трилатерация, измерения расстояний по профильным линиям светодальномерами; наклономерные измерения по профильным линиям; специальная наземная фототеодолитная съемка, определение относительных смещений контрольных пунктов автоматическими измерительными приборами с дистанционной передачей информации и др. Предпочте-ние отдаётся тому методу, который при минимальных временных и материальных за-тратах обеспечивает требуемую точность наблюдений.
В настоящее время работы по наблюдениям за состоянием сооружений выполняются с применением современных электронных тахеометров и других приборов.
Для определения деформаций оползневого склона на земной поверхности используются основные методы: триангуляция (трилатерация), геодезические засечки (прямые, обратные, боковые),
1 SCIENCE TIME 1
полигонометрия, створный, метод отдельных направлений, комбинированный метод (створ и триангуляция), геометрическое и тригонометрическое нивелирование.
В приведенных методах присутствует трудоемкая работа, связанная с большим объемом закладки рабочих реперов на бермах и периодической установки маркшейдерских приборов на этих реперах.
2. Разработка проекта маркшейдерско-геодезических наблюдений для контроля состояния ограждающих дамб. Для проведения маркшейдерских наблюдений за деформациями откосов ограждающих дамб закладываются специальные наблюдательные станции, на которых периодически проводятся инструментальные наблюдения. Наблюдательная станция состоит, как правило, из нескольких профильных линий, по которым расположены опорные и рабочие реперы.
Маркшейдерские инструментальные наблюдения, позволяет дать количественную оценку деформации откоса, в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями, помогают выявить характер начавшейся деформации, что дает возможность сделать прогнозы относительно развития во времени и пространстве и наметить мероприятия по устранению причин, вызывающих развитие опасных деформаций.
Проведение маркшейдерско-геодезических наблюдений в системе мониторинга безопасности ограждающих гидротехнических сооружений позволяет своевременно выявить возникшие деформации, оценить устойчивость дамб и разработать мероприятия для предотвращения аварийных ситуаций.
Наиболее опасные с точки зрения устойчивости участки ограждающих дамб характеризуются следующими признаками: максимальной высотой ограждающей дамбы; наличием слабых контактов и пластичных слоев в основании дамб; повышение уровня подземных вод в связи с наращиванием дамб; наращивание дамб на зольное основание; насыщение тела дамбы водой и действие фильтрационных и взвеши-вающих сил; неэффективность работы, проложенной в грунтах дренажной системы.
3. Разработка методики производства инструментальных наблюдений с созданием системы геомониторинга. Для обеспечения безопасной эксплуатации хвостохранилищ требуется постоянная информированность о напряженно-деформированном состоянии пород в массиве, физико-механических свойствах пород, устойчивости сооружения, несущей способности основания [2].
Такая информация обычно извлекается на основе геомеханического контроля, представляющего собой комплекс методов и средств, обеспечивающих получение непрерывно поступающей натурной информации о составе, строении, состоянии и свойствах насыпных или намывных грунтов и грунтов основания, дополняемой результатами лабораторных исследований. В этих случаях осуществляется геомониторинг с целью обеспечения постоянного контроля за состоянием безопасности гидротехнических сооружений и их воздействием на окружающую
1 SCIENCE TIME 1
среду, предотвращения возникновения аварийных ситуаций и создания условий для безопасной эксплуатации. По результатам мониторинга уточняются прогнозные оценки по устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища, её фильтрационной способности и корректируются проектные решения и мероприятия по обеспечению безопасности сооружения.
Геомеханический мониторинг - это система непрерывного наблюдения за параметрами и управление состоянием тела ограждающих и внутренних разделительных дамб, основанная на получении информации о физико-механических характеристиках пород тела дамбы, учете геологических, гидрогеологических особенностей пород тела и грунтов основания, анализе влияния технологических решений по наращиванию ограждающих дамб на геомеханические процессы, происходящие в теле дамбы.
Мониторинг осуществляется с целью обеспечения постоянного контроля за состоянием безопасности гидротехнических сооружений и их воздействием на окружающую среду, предотвращения возникновения аварийных ситуаций и создания условий для безопасной эксплуатации.
Цели и задачи мониторинга безопасности достигаются посредством организации системы постоянных (непрерывных) визуальных и инструментальных (в том числе автоматизированных, дистанционных) наблюдений, обеспечивающих получение качественной и достоверной информации в необходимых объемах.
Маркшейдерские инструментальные наблюдения, позволяя дать количественную оценку деформации откоса, в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями, дают возможность выявить характер начавшейся деформации и сделать прогноз относительно развития во времени и пространстве и наметить мероприятия по устранению причин, вызывающих развитие опасных деформаций.
3.1 Разработка методики инструментальных измерений по схеме «опорный - связующий - рабочий репер». Сущность методики проведения систематических маркшейдерских наблюдений заключается в том, что измерения выполняются каждый раз по одной схеме «опорный - связующий — рабочий репер» и для всех профильных линий системы достаточно создать базис их двух опорных реперов, закрепленных в устойчивом месте с видимостью на все связующие репера, и хорошей геометрией на пункты геодезической сети [1].
В разработанной системе геомониторинга при инструментальных наблюдениях геодезический прибор устанавливается не на опорный репер профильной линии, а на связующий, который находится на теле самой дамбы, и при этом визирование производят на отражатель, установленный непосредственно на рабочем репере, с помощью специального переходного колпачка без стойки (рисунок 1.).
Метод инструментальных измерений по схеме «опорный - связующий — рабочий репер» заключается в следующем:
- определяют положение базиса опорных пунктов системы от пунктов геодезической сети объекта, чтобы убедиться в их неподвижности;
1 SCIENCE TIME 1
- с базиса опорных пунктов системы определяют планово-высотное положение связующих реперов каждой профильной линии, расположенных на берме дамбы, не менее чем 6 приемами;
- поочередно устанавливают тахеометр на связующих реперах и производят инструментальную съемку рабочих реперов профильных линий;
для повышения точности инструментальных наблюдений и сокращения времени производства измерений отражатель устанавливают не на жесткий отражатель, а на специальный колпачок, жестко закрепленный на рабочем репере;
в конце каждой серии наблюдений производят повторное определение планово-высотного положения связующих реперов каждой профильной линии от опорных реперов системы для контроля неизменности их положения за период наблюдений, так как именно от них будет производиться вычисление пространственных координат рабочих реперов.
При выборе местоположения опорных пунктов системы необходимо руководствоваться следующими правилами:
- пункты должны располагаться в устойчивых местах вне зоны возможных деформаций откосов дамбы и ее основания, а также за пределами зоны возможного оседания земной поверхности под влиянием подземных и фильтрационных вод;
с опорных пунктов должна обеспечиваться хорошая геометрия на исходные пункты маркшейдерско-геодезической сети объекта, число опорных пунктов в геометрической сети должно быть менее двух;
- местоположение опорных реперов должно обеспечивать возможность использования их в качестве исходных при дальнейшем наращивании высоты ограждающего сооружения и приемной способности золоотвала;
- с опорных пунктов должна быть обеспечена видимость на все связующие репера системы мониторинга;
- положение опорных пунктов должно быть в местах, обеспечивающих возможность определения координат пункта при помощи GPS приемников - спутниковой системы позиционирования;
Рис. 1 Метод наблюдений «опорный - связующий — рабочий репер»
»
70
1 SCIENCE TIME 1
- созданная система «опорный - связующий - рабочий репер» должна быть адаптирована к автоматизированному процессу измерений.
Для решения вопроса автоматизации измерительного процесса опорные пункты предлагается устраивать в виде наблюдательного постоянного инструментального столбика. Использование современных электронных измерительных приборов при проведении геомониторинга позволяет-объединить решение двух задач по определению пространственного положения опорных реперов с высокой точностью [3].
В настоящее время работы по наблюдениям за состоянием сооружений выполняются с применением современных электронных приборов, которые обеспечены необходимыми программами. С помощью современных приборов можно оперативно определить все необходимые данные: расстояния между реперами, превышения и координаты реперов наблюдательных станций. Применение современных электронных приборов значительно сокращает время на производство полевых работ.
Использование современных электронных приборов позволяет решать любые засечки и выполнять проложение ходов с целью высокоточного определения координат пунктов.
Литература:
1. Низаметдинов Ф.К., Бесимбаев О.Г., Долгоносов В.Н. Устойчивость насыпных гидротехнических сооружений. - Караганда, КарГТУ, 2013.
2. Отчет по проведению маркшейдерских наблюдений за деформациями в теле дамбы хвостохранилища. - АГМК, ТашГТУ, 2010.
3. Рахимов В.Р., Лебедкова А.А., Афлятунов Ф.Ф. Некоторые вопросы геомеханики при эксплуатации хвостохранилищ. - Т.: УзССР, 1978.
4. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://dprom.onlme/unsolution/ bezopasnost-hvostov/
»
71
