CC BY
35
© В.А. Бабелло, 2004
УДК 624. 131. 438 В.А. Бабелло
О ПРИЧИНАХ СНИЖЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЮГО-ЗАПАДНОГО БОРТА УРТУЙСКОГО БУРОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Семинар № 12
пыт ведения горных работ в Забайкалье показывает, что при вскрытии четвертичных отложений в бортах буроугольных разрезов зачастую наблюдаются оползни объемом в десятки тыс. м3. Связано это в основном с обводненностью бортов и весьма высокими фильтрационными свойствами четвертичных образований. Коэффициенты фильтрации пород вскрыши иногда достигают 100 и более м/сут. Показательным в этом отношении является разрез Урутуйский.
Уртуйское буроугольное месторождение расположено на юге Читинской области в Краснокаменском районе и приурочено к устьевой части пади «Уртуй», по которой протекает временный водоток. Месторождение характеризуется сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными тектоническими нарушениями, значительной водообильностью пород, сложными и недостаточно изученными условиями взаимосвязи водоносных горизонтов.
В обводнении месторождения принимают участие водоносные комплексы четвертичных рыхлых отложений и нижнемеловых осадочных.
Водоносный комплекс четвертичных отложений имеет повсеместное распространение и представлен песчано-гравийными и супесчаными гравелистыми отложениями средней мощностью 25 ми максимальной до 52 м в устьевой части долины р. Урутуй. В центральной части месторождения мощность четвертичных отложений уменьшается на участке взбросов меловых образований. Являясь относительным водоупором для четвертичных водоносных пород, меловые образования служат подошвой четвертичного водоносного комплекса и способствуют транспортированию воды четвертичных образований к бортам разреза. При их разгрузке здесь в ряде случаев наблюдаются суффозионные явления с локальной
потерей устойчивости борта и его оползанием. Следует отметить, что локальные оползневые проявления на южном и юго-западном борту разреза Уртуйский имеют постоянный характер и с определенной периодичностью проявляют свою активность. В августе 1998 г. на гор. +610 м из-за технологической пригрузки уступа +610 ми повышенной обводненности при-бортового массива произошел оползень, захвативший по высоте три ниже лежащих уступа. В октябре 2002 г. произошла вторичная активизация оползня, при этом деформировались дополнительные объемы прибортового массива. Новые оползневые проявления в июле-октябре 2003 г. на гор. +610 - +588 м. Юго-западного борта разреза свидетельствуют о системном характере оползневых проявлений на этих горизонтах. В литологическом строении прибортового массива к этим высотным отметках приурочен контакт четвертичных и меловых отложений надугольной толщи.
В августе 1998 г. одной из причин деформаций явилось превышение геометрических параметров уступа. Дополнительным фактором, способствующим оползнеобразованию, стала повышенная обводненность прибортового массива вследствие длительных атмосферных осадков. В октябре 2002 г. подвижка оползня возобновилась по ранее образованной плоскости скольжения в связи с подработкой горными работами нижележащих горизонтов. Оползневые проявления в июле-октябре 2003 г. на юго-западном участке борта разреза были инициированы сложным комплексом факторов, в составе которых можно выделить, на наш взгляд следующие:
- нарушение сложившегося гидрогеологического режима вследствие начала горных работ по разносу юго-западного борта разреза на гор. +648 - +600 м;
- активизация суффозионных процессов в местах выходов подземных вод на борту
карьера и как следствие ослабление прибортового массива;
- потеря устойчивости со сдвиговыми деформациями ослабленного суффозионными процессами обводеннного прибортового массива вследствие региональной активизации сейсмичности в августе-сентябре 2003 г.
Анализ оползневых деформаций 1998-2003 гг. свидетельствует о том, что одной из главных причин снижения устойчивости южного и юго-западного борта является уменьшение сопротивления пород сдвигу при их обводенном состоянии и активизации суффозионных процессов. В этой связи особый интерес представляет количественная оценка изменения прочностных свойств пород. Традиционная схема лабораторного изучения сопротивления пород сдвигу для геомеханической оценки устойчивости обводненных бортов как правило предполагает водонасыщение образцов пород без учета действующих в борту градиентов напора с последующим испытанием их в приборе одноплоскостного среза. Такие опыты с породами южного и юго-западного бортов были проведены сотрудниками Сибирского проектноизыскательского и научно-исследова-тельского института промышленной технологии в 1991 г. [1]. Толща четвертичных пород, вскрытая на момент исследований горными работами, представляла собой переслаивание пластов глинистого и песчаного состава мощностью от 2 до 5 м.
В результате проведенных исследований было установлено, что угол внутреннего трения в условиях полного водонасыщения образца породы для песка средней крупности и глины темносерой понизился на 5-6°. Удельное сцепление грунта в этих же условиях для глины темно-серой уменьшилось в 2,3 раза.
Оценивая гидрогеологические условия Ур-туйского разреза можно заключить, что напорные градиенты возникающие на кровле и подошве слоя выветрелых алевролитов могут быть весьма велики. Данное положение характеризует рисунок.
Исходя из представленной схемы видно, что там, где мощность слабопроницаемых образований надугольной толщи уменьшается по тем или иным причинам, например тектоническим, возможно развитие критических градиентов давления. В этом случае вероятность проявления суффозионных процессов достаточно высока.
В результате анализа технических средств, имеющихся в нашем распоряжении, была установлена необходимость проектирования и изготовления устройства для изучения суффозионных и кольматационных процессов в горных породах, в дальнейшем по тексту называемое фильтрационной установкой высокого давления, или сокращенно ФУВД (см. рисунок). В отличие от известных лабораторных приборов (трубка КФ например) или полевых методов определения фильтрационных свойств (наливы в шурфы и нагнетания в скважины) она позволяет создавать практически любые градиенты давления. При этом при высоких градиентах давления доступным к определению коэффициента фильтрации становятся и слабопроницаемые разности грунтов (суглинки, алевролиты, аргиллиты и т.д.). Так, например, в процессе проведения исследований обнаружено, что при градиентах давления до 6,6 в алевролитах природного сложения фильтрация не отмечается. То есть при данных градиентах порода является относительным водо-упором. Однако при дальнейшем увеличении градиента давления (> 6,6) отмечается фильтрация, причем зачастую с суффозионным выносом мелких частиц. При этом коэффициент фильтрации породы может существенно увеличиваться.
Одной из основных задач проведенных нами работ было исследование изменчивости прочностных свойств пород борта в зависимости от действующих градиентов напора. Градиент напора при этом рассчитывался как разность напоров на кровле и подошве слабопроницаемого слоя (например, алевролиты надугольной толщи) деленная на мощность слоя. Образцы пород ненарушенной структуры отбирались в стальные режущие кольца диаметром 100 мм по возможности из тех участков литологического слоя, где содержание крупных включений были единичны и размеры частиц породы соответствовали требованиям [2], предъявляемым к опытам по схеме одноплоскостного среза. Затем образцы пород помещались в ФУВД и испытывались при разных градиентах напора. После проведения фильтрационных опытов образцы были использованы для определения прочностных свойств пород.
Таким образом была установлена количественная зависимость одной из важнейших характеристик прочности пород - угла внутрен-
Схема установки ФУВД и гидрогеологическое обоснование ее применения
него трения от действующих в борту градиентов напора.
Выводы
1. В результате проведения опытов
с породами юго-западного борта (горизонты 588, 600, 622) были получены новые сведения об их прочностных свойствах с учетом действующих в борту градиентов напора и связанных с этим обстоятельством возможностью суффозионного размыва пород на участках критических градиентов. В опытах использовались фильтрационная установка высокого давления (ФУВД), позволяющая создавать соответствующие реальным условиям гидравли-
ческие градиенты в пределах изучаемого образца. Новизна полученной информации заключается в том, что в ранее проведенных исследованиях механических свойств пород рассматриваемого борта образцы пород испытывались в условиях простого замачивания без учета влияния градиентов напора.
2. Оценивая значения важнейшей
характеристики прочности - угла внутреннего трения при изменении градиентов напора от 1 до 5 (для песчаных пород) и от 1 до 6 (для глинистых пород) можно заключить, что в первом случае снижение упомянутого параметра составило в среднем 22 %, а во втором (породы с преобладающим содержанием глинистой составляющей) угол внутреннего трения уменьшился в среднем на 24,5 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Отчет о научно-исследовательской работе «Лабораторные исследования пород, слагающих южный и юго-западный борт буроугольного разреза «Уртуй-ский» с учетом их водонасыщения».- Краснокаменск, Сибирский проектно-изыскательский и научно-
исследовательскии институт промышленной технологии,- 1991, 37 с.
2. ГОСТ 30416-96. ГРУНТЫ. Лабораторные испытания. Общие положения.- Москва, Издательство стандартов.- 1997, 18 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Бабелло Виктор Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, докторант кафедры «Открытые горные работы», Читинский государственный университет.
