CC BY
237
УДК 622.1:622.271.46:622.271.6
МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ДАМБЫ ХВОСТОХРАНИЛИЩА НАМЫВНОГО ТИПА
Ольга Газисовна Бесимбаева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Елена Николаевна Хмырова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Александр Владимирович Логинов
ТОО Научно-техническое предприятие «БИОСФЕРА», 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, ведущий специалист
Елена Алексеевна Олейникова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, старший преподаватель кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
В статье рассматриваются вопросы обеспечения надежной и бесперебойной эксплуатация гидротехнических сооружений. В большинстве случаев причиной аварий и оползней откосов дамб хвостохранилищ является воздействие фильтрационного потока в основании и в теле дамбы, поэтому для безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений, необходимо уделять особое внимание внедрению комплекса контрольно-измерительных систем.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, комплекс контрольно-измерительной аппаратуры, безопасность сооружений, кривая депрессии, устойчивость дамбы.
RESEARCH OF THE OPPORTUNITIES OF 3D MODELING FOR MINE SURVEYING SUPPORT OF MINING WORKS
Olga G. Besimbaeva
Karaganda state technical university, Ph. D., associate professor of Mine e-mail: [email protected]
Elena N. Khmyrova
Karaganda state technical university, Ph. D., associate professor of Mine e-mail: [email protected]
Alexander V. Loginov
LLP Scientific and Technical Enterprise «BIOSPHERE», 100027, Republic of Kazakhstan, Karaganda, 56 Mira avenue, graduate student of the department of Mine Surveying and Surveying, leading specialist
100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Surveying and Surveying department, tеl. (7212)56-26-27,
100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Surveying and Surveying department, tеl. (7212)56-26-27,
Elena A. Oleynikova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Senior lecturer of the Department of Mine Surveying and Surveying, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
The article considers the issues of ensuring reliable and uninterrupted operation of hydraulic structures. In most cases, the cause of accidents and landslides of slopes of tailings dams is the influence of the filtration flow in the base and in the body of the dam, therefore, for the safe operation of hydraulic structures, it is necessary to pay special attention to the introduction of a complex of control and measurement systems.
Key words: hydraulic engineering structures, a complex of control and measuring equipment, safety of structures, a depression curve, stability of a dam.
Гидротехнические сооружения являются весьма ответственными сооружениями, поэтому аварии (прорывов плотин или ограждающих дамб хвостохра-нилищ) могут привести к катастрофическим последствиям с нанесением ущерба предприятиям, сельскому хозяйству, дорожному, жилищно-коммунальному хозяйству и населению.
В настоящее время длительность сроков эксплуатации большинства гидротехнических сооружений (ГТС), в частности хвостохранилищ (земляных плотин, дамб) при ограниченности финансовых ресурсов нередко приводит к опасному их состоянию и снижению надежности. От правильности и оперативности принимаемых решений по определению уровня безопасности зависит надежная и бесперебойная эксплуатация этих сооружений.
Дамбы хвостохранилищ может разрушиться также в связи с переливом воды через ее гребень (если отметка гребня дамбы назначена неправильно) или в результате оползания откосов, находящихся под воздействием фильтрационных сил, и по ряду других причин, являющихся специфичными для работы тела дамбы. При сочетании неблагоприятных факторов массив намывной дамбы может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.
К внешним факторам относятся природные и техногенные факторы, а также технология возведения, наращивания и эксплуатации сооружения, а к внутренним - изменение физико-механических характеристик пород тела дамбы в период после их возведения и в процессе уплотнения насыпной (намывной) массы, прочностные характеристики грунтов основания; гидродинамические, гидростатические, сейсмические и динамические силы.
Характерной чертой оползней является медленное накопление деформаций с последующим быстрым обрушением массива. Этот вид деформаций является наиболее крупным по объему и размерам захватываемых участков.
Международный опыт эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС), показывает, что в большинстве случаев причиной аварий является воздействие фильтрационного потока в основании и в теле дамбы. Другие причины - неверные расчеты при оценке максимально возможного паводка. В связи с этим, для безопасной эксплуатации ГТС, необходимо уделять особое внимание комплексу контрольно-измерительных систем.
Под контрольно-измерительной системой подразумевается комплекс контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), установленной на ГТС (пьезометры, водомерные рейки, контрольные марки, опорные репера и т.д.) и предназначенной для контроля над состоянием ГТС на протяжении всего периода эксплуатации. При этом сбор информации от контрольно-измерительной аппаратуры и устройств может проводиться полностью вручную, в полуавтоматизированном и автоматизированном режиме наблюдений. В последнем случае в состав комплекса входит автоматизированная система опроса контрольно-измерительной аппаратуры (АСО КИА).
Учитывая современные методы оценки ГТС по накопленным и вновь получаемым данным КИА, ниже приведены основные требования по контролю над состоянием ГТС:
Согласно П92-2001 - при проведении обследований гидротехнических сооружений, основными задачами обследования являются оценка технического состояния и безопасности сооружений, при этом принимаются во внимание закономерности и изменения величин контролируемых параметров с прогнозированием их изменений во времени [1];
Согласно СТО 17330282.27.140.004-2008 - для ответственных гидротехнических сооружений I и II класса контрольно-измерительные системы, должны быть оснащены автоматизированными системами диагностического контроля (АСДК) с целью оценки состояния сооружений в режиме реального времени [2].
Согласно СТО 70238424.27.100.048-2009 при организации и проведении наблюдений за гидротехническими сооружениями необходимо обеспечивать достаточную частоту снятия показаний КИА, установленной на ГТС; обеспечивать достоверность показаний КИА; соответствующую квалификацию операторов; проверку приборов и вторичной аппаратуры [3].
Рассмотрим систему мониторинга состояния гидротехнических сооружений на примере математической модели хвостохранилища намывного типа с первичной дамбой и намывными дамбами обвалования.
Конструкция дамб принята следующая: первичная дамба высотой 12 м, противофильтрационная призма в теле первичной дамбы, дренажная призма и намывные дамбы обвалования высотой по 2 м каждая. Грунт, из которого образована дамба, в большей или меньшей мере водопроницаем, поэтому в теле дамбы образуется фильтрационный поток. Кривую депрессии АВ считают самой верхней линией фильтрационного потока. Так же предусмотрен дренажный канал на выходе кривой депрессии для перехвата фильтрационных и паводковых вод. Общая высота дамбы 30м. Хвостохранилище относится к основным гидротехническим сооружениям II класса, тип грунтового основания «В», принят по классификации СНиП РК 3.01-04-2006 "Основания гидротехнических сооружений" (таблица П 2.1, пункт 6).
Анализируя работу дамбы хвостохранилища, видно, что скелет ее грунта находится под постоянным воздействием фильтрационного потока.
Результаты математического расчета устойчивости дамбы приведены в таблице и на рис. 1, 2, где показаны визуальные модели, отображающие влияние кривой депрессии на устойчивость сооружения [6].
Таблица
Результаты расчета устойчивости проектного положения дамбы хвостохранилища высотой 30,0 м
№п/п Наименование расчетного разреза Нормативный коэффициент Расчетный коэффициент устой- Примечание
устойчивости чивости
Основное сочетание нагрузок
1 1-1 1,2 1,394
Особое сочетание нагрузок (период намыва)
2 1-1 1,15 1,123
Рис. 1. Расчет устойчивости дамбы Рис. 2. Расчет устойчивости дамбы хвостохранилища с шириной пляжа хвостохранилища без пляжа
100,0 м
На рис. 1 и 2 видно, что при повышении кривой депрессии в теле дамбы, в результате неправильной эксплуатации, значительно снижает коэффициент устойчивости с 1,394 до 1,123. Для обеспечения контроля над состоянием дамб, приведенного в примере хвостохранилища, необходимо оборудовать его пьезометрами, водомерными рейками и наблюдательным створом, состоящим из контрольных марок и опорных реперов. На рис. 3 приведена классическая схема расположения КИА для сооружений данного типа.
Как правило, на территории Республики Казахстан, сбор данных КИА осуществляется вручную с ведением статистического учета данных в журналах и прочей технической документации [4]. Собранные данные сравниваются с предельно допустимыми значениями (ПДЗ) для конкретного ГТС, зачастую устаревшими или не отражающими, в полной мере, фактическое состояние сооружения.
Рис. 3. Классическая схема установки КИА
ОР - опорный репер; ВР - водомерная рейка;
П - пьезометр вместе с контрольной маркой
Для обеспечения автоматизации контроля состояния ГТС и минимизации человеческого фактора необходимо применять АСДК, а также специализированное программное обеспечение (ПО), позволяющее математически моделировать фактическое состояние ГТС в реальном времени, диагностировать состояние и прогнозировать его изменение во времени.
Сфера действия системы онлайн мониторинга безопасности хвостохрани-лища предполагает создание комплексной дистанционной автоматической системы мониторинга безопасности, анализа, оценки и прогнозирования. Автоматизация КИА включает в себя мониторинг безопасности в режиме реального времени с помощью системы динамических контролирующих устройств, на основе опорных пунктов с базовой GPS станцией и стационарно установленных GPS приборов и использования автоматических датчиков определения положения кривой депрессии в теле намывной дамбы.
Необходимым условием надежной эксплуатации золоотвалов является определение достоверных параметров фильтрационных потоков [5]. Располагая современными средствами контроля фильтрационного режима и пользуясь достоверными методами гидродинамического прогнозирования местоположение кривых депрессий внутри дамб хвостохранилищ, можно выполнять эффективные дренажные и противооползневые мероприятия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. П92-2001 - Рекомендации по обследованию гидротехнических сооружений с целью обследования их безопасности.
2. СТО 17330282.27.140.004-2008 «Об утверждении и вводе в действие Стандарта организации ОАО РАО «ЕЭС России» «Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Нормы и требования».
3. СТО 70238424.27.100.048-2009 «Гидротехнические сооружения ТЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования».
4. Низаметдинов Ф.К., Бесимбаева О.Г., Ожигин С.Г., Родина Е.Н. Инструментальные наблюдения за состоянием насыпных ограждающих дамб // Тр. Университета. КарГТУ. -2002. - № 4. - С. 36-41.
5. Бесимбаева О.Г., Низаметдинов Н.Ф. Создание системы геомониторинга для условий золоотвала ГРЭС // Тр. Университета. КарГТУ. - 2007. - № 4. - С. 12-15.
6. Бесимбаева О.Г., Низаметдинов Ф.К., Долгоносов В.Н., Долгоносова Е.В. Расчет устойчивости шлакоотвалов и ограждающих дамб // Мат. VI Междунар. науч.-прак. конф. «Dynamika naykawych badac-2010» Volume 10. Techniczne nayki. Nowoczesne informacyjne technologie. Matematyka. Fizyczna kultura I sport. - Przemysl: Nayka i studia, 2010. - С. 46-49.
7. Веб ресурс http://ru.dfmc.cc/
© О. Г. Бесимбаева, Е. Н. Хмырова, А. В. Логинов, Е. А. Олейникова, 2017
