CC BY
29
------------------------------------------- © А.И. Федосеев, В.Р. Вегнер, С.И.
Протасов, С.П. Бахаева,
2004
УДК 622:271
А.И. Федосеев, В.Р. Вегнер, С.И. Протасов, С.П. Бахаева
ОПЫТ ОТРАБОТКИ НАМЫВНЫХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ПОРОД С ПЛОЩАДИ БЫВШЕГО ГИДРООТВАЛА № 3 ОАО «РАЗРЕЗ КЕДРОВСКИЙ»
Семинар № 13
^ идроотвал № 3 расположен в пойме реки Чесноковка, представляет собой сооружение овражно-балочного типа с односторонним обвалованием. Эксплуатация его начата в 1958 г. и продолжалась до 1979 г.
Первоначально намыв гидроотвала производился от дамбы. В 1970-1972 гг. вдоль гидроотвала в породах естественного основания была пройдена канава, по которой был организован выпуск пульпы в северо-восточную часть гидроотвала. В последующие годы выпуск пульпы осуществлялся со склона вдоль западной части гидроотвала. Таким образом, за годы эксплуатации выпуск пульпы осуществлялся со всех сторон кроме восточной и поэтому по всему контуру гидроотвала, кроме восточной стороны, образовалась песчано-супесчаная зона, шириной до 300 м, характеризуемая грубо-дис-персионным составом намывных отложений мягкопластичной консистенции (угол внутреннего трения ф = 17-27°). Непосредственно за песчано-супесчаной зоной идет зона суглинистых отложений, которая характеризуется наличием пород текучей и мягкопластичной консистенции (угол внутреннего трения 13-16°) и занимает значительную часть площади гидроотвала. Пруд-отстойник на протяжении всего периода эксплуатации располагался в средней части сооружения и вдоль восточной стороны гидроотвала, поэтому на этом участке гидроотвала сформировалась глинистая зона с породами текучей и мягкопластичной консистенции (угол внутреннего трения 5-10°). На момент окончания намыва дамба гидроотвала № 3 представляла собой сооружение, состоящее из дамбы первичного обвалования и восьми дамб наращивания, общей высотой 53 м. Площадь гидроотвала составляла 292 га (рис. 1), емкость 48 млн м3, мощность намывных от-
ложений достигала 45 м. В таком состоянии гидроотвал был законсервирован до 2000 г.
В 1990 г. при перспективном планировании развития горных работ было принято решение о расконсервации запасов угля в целике под гидроотвалом № 3. В то время промышленные запасы угля на разрезе составляли 80 млн т, в том числе 37 млн т на Основном поле, обеспечивающем большую часть добычи разреза, этих объемов хватило бы на 18 лет работы предприятия. В то же время на юге участка Основное поле горные работы подошли вплотную к границе целика под гидроотвалом, что сдерживало дальнейшее развитие горных работ. Поэтому, для увеличения срока службы предприятия и своевременной подготовки запасов, руководством разреза было принято решение о проведении комплекса работ по изучению возможности выемки запасов угля под замытыми ранее рыхлыми четвертичными отложениями на площади гидроотвала № 3. На этом участке были проведены: инженерногеологические изыскания (Кузбасс-ТИСИЗ), геологоразведочные, проектные (ОАО «Куз-бассгипрошахт») и научно-исследовательские (ВНИМИ) работы, маркшейдерско-геодезические (ОАО «Разрез Кедровский», НФ «КУЗ-БАСС-НИИОГР») и геофизические (Кузбасс-ТИСИЗ, КузГТУ и НФ «КУЗБАСС-НИИОГР») наблюдения за состоянием дамбы и намывных отложений, а также проведена оценка объекта специалистами в области экспертизы промышленной безопасности (НФ «КУЗБАСС-
НИИОГР») [1-5].
На основании полученных результатов в
1999 г. технической службой разреза был выполнен проект ведения горных работ по смыву гидроотвала средствами гидромеханизации [6]. Исходя из перспективного плана развития гор-
ных работ, необходимо было обеспечить годовой объем смываемой пульпы, не менее 3 млн м3. Наиболее остро в то время стоял вопрос о выборе места для складирования пульпы. Свободных площадей рядом не было, проработанный проектным институтом вариант размещения пульпы в выработанном пространстве участка «Хорошеборское поле» временно не мог быть реализован, потому что там оставались неотработанные запасы угля. Поэтому было принято решение о формировании разделительной перемычки на площади бывшего гидроотвала № 3 на расстоянии 850 м от границы горного отвода разреза. Отсыпку перемычки начали зимой 1999 г. от восточного берега в сторону Пихтовского железнодорожного отвала скальными вскрышными породами автотранспортом. Ширина перемычки первоначально была принята 40 м, высота отсыпаемого слоя 1 м, уплотнение производили груженым автотранспортом (БелАЗ-7512 и БелАЗ-75303). Первоначально насыпной грунт активно погружался в намывной массив, просадки составляли до 3-4 м. в месяц; вдоль перемычки образовывались значительные (длина до 20 м, раскрытие до 20 см) продольные и поперечные трещины. Весь насыпной массив, отсыпаемый на слабое водонасыщенное основание, находился в подвижном состоянии. Поэтому использовать экскаваторы для формирования этой перемычки было опасно. Строительство перемычки велось по технологии формирования бульдозерного автоотвала. При высоте перемычки 10 м, в июне 2000 г. были начаты работы по смыву пульпы с площади бывшего гидроотвала № 3 и сброс пульпы за ограждающую перемычку. В начале сезона перемычка сильно дренировала, и происходили активные оседания по всему гребню. Поэтому в дальнейшем было принято решение об увеличении ее ширина до 100 м. Расширение перемычки выполняли в сторону верхового и низового откосов, разгрузкой пород на площади перемычки и последующим сталкиванием ее под откос бульдозером.
Ведение работ по гидромеханизации на намывном неустойчивом массиве поставило перед инженерной службой разреза еще одну нестандартную задачу - определение месторасположения и параметров котлована. Расположение и параметры котлована должны обеспечить безопасность работы людей и оборудования и прием годового объема пульпы в течение всего сезона без его перемещения. Низкие
прочностные характеристики намывных пород не позволяли расположить на них технологическое оборудование. На участке расположения грунтов песчано-супесчаной зоны устойчивое состояние уступа, сложенного породами текучей консистенции, могло быть обеспечено при его высоте 16 метров и угле откоса 40° (рекомендации ВНИМИ). Исходя, из этого котлован был заложен на берегу гидроотвала на границе коренных и намывных пород этой зоны, оборудование расположено на площадке в скальных породах (рис. 2). Такое расположение котлована исключило необходимость проведения пульповодных канав в скальных породах (бурение, взрывание и дополнительные объемы горно-транспортных работ), позволило вести горные работы достаточно высоким уступом и самое главное исключило опасность затопления оборудования пульпой.
Параметры котлована были приняты из расчета размещения оборудования и устойчивых углов откосов уступов: для скальных пород 60°, для намывных и наносов 40° [6].
Последовательность работ. Для обеспечения безопасной отработки гидроотвала, а именно ликвидации напорного фронта на тело основной дамбы и исключения прорыва воды и затопления землесосной установки, в начале
2000 г. воду из пруда-отстойника двумя землесосами ЗГМ-2М сбросили за ограждающую перемычку.
В первую очередь была начата разработка песчано-супесчаной зоны высотой уступа до 15 м, как встречным (гидромонитор № 2), так и попутным (гидромонитор № 3) забоями. Дневная поверхность вдоль дамбы гидроотвала в этой зоне обладала достаточной несущей способностью, что позволило перемещать оборудование и работать попутным забоем, выдерживая угол откоса не более 40°. При работе встречным забоем строились трассы из скальных вскрышных пород высотой до трех метров, для укладки водоводов и установки гидромониторов. В этом районе не происходило значительных оплывин, оползней, угрожающих работе людей и оборудования, поэтому в целом технология гидромеханизированных работ была идентична работам при смыве коренных четвертичных отложений. Вместе с тем при смыве намывных отложений значительно увеличивалась трудоемкость работ из-за наличия трудно размываемых прослоев, мерзлоты.
Наиболее сложной была работа в суглинистой зоне, так как свойства грунтов здесь ме-
няются в широких пределах. Наблюдались оп-лывины, просадки и движение больших масс навалов, в то же время неоднократно встречались участки мерзлоты и трудноразмываемых пород. Для обеспечения безопасности работ высота забоя выдерживалась до 6-7 м, гидромонитор располагался на возвышении и на максимально возможном расстоянии от забоя (не ближе 30-40 м).
Работы по смыву намывных отложений гидроотвала значительно усложнились при подходе к глинистой зоне (гидромонитор № 4). Для обеспечения безопасности работ размещение оборудования было возможно только на берегу или в коренных породах, по мере смыва на этом участке пульпы. Устойчивое состояние откоса обеспечивалось при высоте забоя не более 3 м. На отдельных участках он полностью отсутствовал. Вместе с тем породы этой зоны не требовали размыва, для перехода в текучее состояние было достаточно насыщения их водой. Тем не менее на отдельных участках и этой зоны встречались трудноразмываемые слои. Оплывание пород текучей консистенции суглинистой зоны происходило с уклоном 0,015, наблюдались оплывины пород этой зоны протяженностью до 600 м. Исходя из проведенных наблюдений, безопасное расстояние от границы глинистой зоны до зумпфа определялось из выражения L = Ь/0,015,
где И - высота гидромеханизированного уступа, м.
Общая схема организации работ по смыву намывных отложений с площади бывшего гидроотвала № 3 приведена на рис. 2. Четыре забойных гидромонитора ГМД-250М вели размыв намывных пород в направлении от зумпфа по супесчаной зоне в сторону глинистой зоны, к середине гидроотвала и вдоль дамбы к коренной глине на рабочем борту участка «Основное поле»; один зумпфовой гидромонитор, работал на разжижение пульпы в котловане. Смываемая пульпа по пульповодным канавам самотеком поступала в зумпф, откуда забойной землесосной станцией, расположенной на отметке 195,0 м, землесосами ЗГМ-2М в количестве 9 шт. подавала пульпу по трем пульповодам 0 700 мм, длиной 2100м до перемычки, где она из рассредоточенных торцевых выпус-
ков складировалась в новый гидроотвал. Затем отстоянная вода насосной станцией, находящейся в верховье нового гидроотвала на отметке 231 м, оборудованной насосами Д2000-100 (6 шт.), перекачивалась по двум водоводам 0 700 мм и протяженностью 2650 м до насосной станцию II подъема (район зумпфа). Насосы Д1250-125 (4 шт.) создавали необходимое давление воды, которая по водоводам 0 500 мм подавалась на гидромониторы. Работа выполнялась только с использованием оборотного водоснабжения. Расход воды за сезон составил 21400 тыс. м3 .
Предложенная схема работ позволила при себестоимости работ 16 руб/м3 (в 2002 г.) за три сезона гидромеханизации произвести смыв навалов и коренных глин в объеме 7847 тыс. м3 в том числе в 2000 г. - 1452 тыс. м3, в 2001 г. - 3280 тыс. и в 2002 г - 3115 тыс. м3. Общая площадь смыва за этот период составила 1030 тыс. м2 максимальная глубина - 25 м.
Трехлетний опыт ведения горных работ в ОАО «Разрез Кедроовский» показал возможность смыва ранее намытых в гидроотвал № 3 рыхлых четвертичных отложений средствами гидромеханизации. При этом безаварийная работа обеспечивалась:
• достаточно детальными предварительными инженерно-геологическими изысканиями по изучению участка работ и районирования на их основе площади по составу намывных пород техногенного массива бывшего гидроотвала № 3;
• проведением геомеханического мониторинга состояния намывного техногенного массива, насыпной ограждающей перемычки, расположенной на слабом водонасыщенном основании и основной дамбы гидроотвала № 3;
• использованием комплексных методов натурных наблюдений: инженерно-геологических, гидрогеологогических, геофизических и маркщейдерско-геодезических.
Комплекс проведенных работ по смыву ранее намытых в гидроотвал № 3 рыхлых четвертичных отложений позволит в 2003-2004 гг. начать отработку основной дамбы гидроотвала № 3 для последующей подготовки запасов на восточном борту Основного поля разреза и тем самым обеспечить высокие техникоэкономические показатели работы разреза.
Рис. 1. Положение горных работ на 1.02.2000 г.
Рис. 2. Положение горных работ и оборудования на 1.11.2002 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Выполнение инженерно-геологических исследований на гидроотвале № 3 для уточнения параметров гидровскрышных уступов; установка в намывные породы контрольно-измерительной аппаратуры: Отчет о НИР/ВНИМИ.- СПб., 1992. - 48 с.
2. Инженерно-геологические изучения грунтов дамбы гидроотвала № 3 Кедровского разреза: Технический отчет/ОАО «Кузбассгипрошахт». Кемерово, 1993. - 15 с.
3. Разработка рекомендаций по максимально возможному приближению границы горных работ «Основного поля» разреза «Кедровский» к гидроотвалу № 3 в связи с устойчивостью северо-восточного борта участка и гидроотвала: Отчет о НИР/ВНИМИ. - СПб., 1994. -57с.
4. Дополнение к проекту корректировки горнотранспортной части АООТ «Разрез Кедровский» АООТ «Кузбассразрезуголь»/ОАО «Кузбассгипрошахт». - Кемерово, 1997. - 20 с.
5. Проект гидровскрышных работ по смыву гидроотвала № 3/ОАО «Разрез Кедровский». - Кемерово, 2000. - 40 с.
6. Заключение экспертизы промышленной безопас-
ности № 196-2000 (per. № 30-3C-02666-2001) по оценки технического состояния и безопасности гидроотвала № 3 и гидроотвала на реке Бусалаиха/ НФ «КУЗБАСС-НИИОГР».- Кемерово, 2000.- 63 с.
7. Наблюдения за устойчивостью восточного борта на участке «Основное поле» ОАО «Разрез Кедровский»: Отчет о НИР (заключительный)/НФ «КУЗБАСС-НИИОГР» (г. Кемерово).- 2001. - 32 с.
8. Инженерно-геологические изыскания по ограждающей перемычке на пляжной зоне гидроотвала № 3 ОАО «Разрез Кедровский»: Технический отчет/ОАО «КузбассТИ-СИЗ». - Кемерово, 2002. - 32 с.
9. Заключение экспертизы промышленной безопасности № 3402002 (per. № 39-3C-06254-2002) в части анализа риска горных произведет и объектов по оценке устойчивости ограждающей перемычки на площади гидроотвала № 3 ОАО «Разрез Кедровский»/ НФ «КУЗ-БАСС-НИИОГР». - Кемерово, 2002. - 52 с.
10. Наблюдения за деформациями основной дамбы и ограждающей перемычки на площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО «Разрез Кедровский»: /Этчет о НИР / НФ «КУЗБАСС-НИИОГР». - Кемерово, 2002. - 16 с.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Федосеев Алексей Иванович - главный маркшейдер ОАО «Разрез Кедровский».
Вегнер Владимир Рейнольдович - технический директор ОАО «Разрез Кедровский».
Протасов Сергей Иванович - кандидат технических наук, директор НФ «КУЗБАСС-НИИОГР». Бахаева Светлана Петровна - кандидат технических наук, зам. директора НФ «КУЗБАСС-НИИОГР».
--------------------------------------------- © В.А. Стетюха, 2004
УДК 622.504: 622.271.7
В.А. Стетюха
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛАНДШАФТНОДЕСТРУКТИВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Семинар № 13
ГТ1 ехнологические процессы горного производства вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды. Антропогенные воздействия на среду разбивают на 3 класса [1]: ландшафтно-деструктивные воздействия, загрязнение среды выбросами, фоновопараметрические воздействия. На ландшафтнодеструктивные воздействия приходится значи-
тельная доля всех загрязнений. К особенностям этих воздействий прежде всего можно отнести их масштабность. Кроме того, они часто являются причиной загрязнений атмосферного воздуха, недр, подземных и поверхностных вод. Как известно [2], технологическая цепочка при производстве открытых горных работ состоит из следующих процессов: бурение, взрывание,
27З
