CC BY
73
--------------------------------- © А.А. Григорьев, В.П. Лушпей,
Ю.А. Свистун, Ю.В. Костылев,
2007
УДК 622.271.322.23
А.А. Григорьев, В.П. Лушпей, Ю.А. Свистун,
Ю.В. Костылев
ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТЬЮ ОТКОСОВ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Горно-геологические условия большинства буроуголь-ных месторождений Дальневосточного региона, разрабатываемых открытым способом, характеризуются различными осложняющими факторами, многие из которых оказывают отрицательное влияние на устойчивость откосов бортов и отвалов.
Основные факторы, с наличием которых в массиве горных пород создаются условия для возникновения тех или иных деформаций (оползней, обрушений), можно объединить в две группы: природные (геологические, гидрогеологические) и техногенные (направление ведения горных работ, углы наклона откосов, способы осушения и др.).
Знание факторов, от которых зависит устойчивость, и конкретных причин произошедших оползневых явлений, позволяет разработать способы управления устойчивостью откосов в различных горно-геологических условиях.
Для выявления причин и условий возникновения оползневых явлений нами проанализированы 67 случаев деформаций рабочих и нерабочих бортов, внутренних и внешних отвалов, произошедших на Павловском, Лучегорском, Райчихинском и Ерковецком буроугольных месторождениях в 1998-2006 годах. Основные обобщённые результаты анализа приведены в табл. 1, 2.
Из приведённого выше краткого анализа видно, что основными наиболее часто встречающимися причинами оползневых деформаций на угольных разрезах являются:
- отсутствие и некачественное выполнение работ по осушению массива горных пород;
- расположение внутренних отвалов на наклонном неподготовленном основании;
- сложные горно-геологические условия залегания угольных пластов;
- недостаточный учёт гидрогеологических и горно-геологических условий при формировании откосов рабочих и нерабочих бортов и отвалов.
Ниже приведены разработанные авторами совместно со специалистами предприятий некоторые предложения по улучшению состояния устойчивости рабочих и нерабочих бортов и внутренних отвалов, большинство из которых внедрены на угольных разрезах.
А. Предварительное осушение массива горных пород. Основной приток воды в выработки рассматриваемых разрезов поступает из надугольных водоносных горизонтов, представленных гравийно-галечниковыми отложениями, крупно- и среднезернистыми песками, частично песчаниками и алевролитами. Коэффициент водопроводимости этих пород колеблется от 100-200 м2/сутки (разрез «Лучегорский») до 500-650 м2/сутки (разрез «Павловский-2», Ерковецкий), а коэффициенты водо-обильности в 2006 году составили по разрезам (в м3 на тонну добычи угля): «Павловский-2» - 2,26, «Лучегорский-1» - 4,02, «Лучегорский-2» - 2,41, «Ерковецкий» - 24,37.
Проектами разработки Павловского, Лучегорского и Ерко-вецкого месторождений предусмотрено предварительное осушение карьерных полей системой водопонижающих скважин. На Павловском месторождении (участки разрезов «Павловский-2» и «Северная депрессия») эффективного снижения водопритоков в горные выработки не достигнуто, работы по предварительному осушению способом водопонижающих скважин прекращены. Одна из причин низкой эффективности системы водопонижающих скважин на месторождении - сложная гипсометрия угленосных слоев, обусловленная несколькими поднятиями фундамента, складчатыми и разрывными нарушениями, линзообразным залеганием водоносных слоев, что в значительной степени препятствовало необходимому снижению уровня подземных вод.
В настоящее время находится в рабочем состоянии система водопонижающих скважин на полях разрезов "Лучегорский-2" и Таблица 1
Распределение количества проанализированных случаев оползневых деформаций по месторождениям Дальнего Востока
Месторождение
Кол-во случаев оползневых деформаций
Рабочих бортов Нерабочих бортов Внутренних отвалов
Павловское 4 9
Лучегорское 13 8 2
Райчихинское 7 2 10
Ерковецкое 2 10
Всего 26 10 31
Таблица 2
Основные причины и условия возникновения оползневых деформаций на месторождениях Дальнего Востока
Месторождение, разрез Причины и условия возникновения оползней в откосах
рабочих бортов внутренних отвалов
Павловское, р. «Павловский - 2» - слабые обводненные слои пород; -разрывные нарушения; - сложная гипсометрия угольного пласта; - подвигание фронта на восстание. - наклон основания в сторону рабочего борта; - накопление воды в основании отвала; - отсутствие мер по отводу воды в основании; - отсутствие предотвала из дренируемых пород.
Павловское, р. «Северная депрессия» - сильно обводненные пес-чано-галечниковые отложения (1.и II уступы). - отсутствие дренажных мер по осушению основания; - слабый слой аргиллитов в основании отвала.
Павловское, р. «Павловский - 1» - геологические нарушения в виде складок в борту; - слабые глинистые прослойки.
Лучегорское, р. «Лучегорский -1» - согласное с откосом борта падение слоев пород; - повышенная обводненность четвертичных отложений (плывуны); - уклон основания в сторону рабочего борта; - размокающие отвальные массы;
- слабые контакты в кровле и почве угольных пластов; - наличие напорных вод. - неподготовленность основания.
Лучегорское, р. «Лучегорский -2» Нерабочий борт - размещение отвалов в непосредственной близости от верхнего контура борта; - крутое падение слоев и угольных пластов в зоне их выхода под наносы; - слабые обводненные контакты угленосных слоев с подстилающими породами фундамента.
Райчихинское, р.«Северо- Восточный» - значительная обводнённость вскрышных пород; - завышение угла откоса борта. - выкладка пород вскрыши на обводнённое основание.
Ерковецкое, р.«Ерковецкий» - из-за значительной обводнённости происходит вынос пылевых глин, что вызывает осыпи и обрушения части уступов и борта. - наклон основания в сторону рабочего борта; - переувлажнение основания отвала за счёт воды из отвальных пород и напорных вод подугольного горизонта; - отсыпка в основание глинистых пород вместо песчаных.
"Ерковецкий". По данным геологической службы разреза система водопонижающих скважин позволяет снизить приток воды в горные выработки разреза на 25-30 %.
Считаем, что на разрезах Павловского месторождения определённый эффект в частичном осушении прибортового массива может быть достигнут бурением горизонтальных скважин диаметром 100-150 мм с борта разреза.
Б. Повышение устойчивости рабочего борта разреза «Ерковецкий». На рис. 1, а представлен профиль рабочего борта разреза, состоящий из двух вскрышных и угольных уступов. Основной вскрышной (нижний) уступ высотой 16 м и углом откоса 45° состоит, в основном, из двух породных пачек. Ниже-
лежащая мощность 5-6 м представлена плотными и песчаными глинами, вышележащая - песок с мелким гравием.
Неоднократно замечено, что во время ливневых осадков, а так же при длительном стоянии откоса выше глинистой пачки происходит вымывание мелких песчаных и песчано-глинистых фракций. В результате чего начинается осыпание вышележащей песчаной пачки уступа, иногда процесс осыпания завершается обрушением части уступа.
В новой схеме конструкции борта предусматривается разделение нижнего вскрышного уступа на два подуступа (рис. 1, б). При этом, нижний подуступ формируется высотой 5 м и углом откоса 45°, верхний высотой Ими углом откоса 40°, ширина предохранительной бермы составляет 5 м. Внедрение данной схемы дало положительный результат: обрушений не наблюдается, осыпи на полки бермы незначительны.
В. Горные работы в районе оползня нерабочего борта разреза ”Лучегорский-2”. В мае 2000 г. на нерабочем борту разреза был обнаружен оползень, проявившийся в виде трещины отрыва на отвалах и вала выпирания в добычном забое. Протяженность оползня вдоль борта составила 500 м, максимальная ширина захвата оползнем дневной поверхности и отвала от верхнего контура борта достигла 80-100 м. Объем оползня составил около 1,5 млн. м3. В нижней части нерабочего борта в результате оползня был раздавлен и опрокинут вскрытый пласт на участке протяженностью около 150 м (рис. 2).
Максимальные скорости смещений, зафиксированные инструментальными наблюдениями, в центральной части оползня составили 348., на флангах 250 мм/сут. В последующие месяцы в связи с упором тела оползня в рабочий борт и увеличением силы сопротивления его смещению скорости снизились до 100-110 мм/сут.
Рис. 1. Профиль рабочего борта разреза Ерковецкий: а - старая схема, б - новая схема
Рис. 2. Геологический разрез в зоне оползня нерабочего борта разреза «Лучегорский-2»
Анализ причин произошедшего оползня показывает, что основными факторами, отрицательно повлиявшими на устойчивость нерабочего борта, являются следующие.
1. Размещение внешних отвалов на нерабочем борту в непосредственной близости от верхнего контура борта.
2. Обводненность массива пород нерабочего борта, которая при проведении разведочных работ была изучена слабо, на момент возникновения оползня оказалась достаточно высокой в результате постоянного подпитывания атмосферными осадками, а также водами из водоотводного канала реки Контровод и нагорных канав путем инфильтрации их через четвертичные отложения.
3. Сложная тектоника залегания вмещающих пород и угольных пластов в зоне их выхода под наносы; крутое падение слоев, наличие слабых контактов с подстилающими породами фундамента.
В целях приостановки и ликвидации оползней нерабочего борта разреза, а также предупреждения их возникновения разре-зоуправлением «Лучегорское» осуществляется ряд мер, разработанных в соответствии с рекомендациями ВНИМИ, при непосредственном участии ученых и специалистов ДВГТУ и института «ДальвостНИИпроектуголь», к которым относятся;
- разгрузка головной части оползня в пределах призмы возможного обрушения;
- исключение размещения отвалов на поверхности, примыкающей к борту, в зоне шириной 50 м;
- проведение систематических гидрогеологических наблюдений за депрессионной воронкой в прибортовом массиве;
- отстройка нерабочего борта должна производиться в соответствии с параметрами, определёнными на основании расчётов устойчивости;
- ведение добычных и вскрышных работ в районе оползня нерабочего борта осуществляется по специальному проекту, обеспечивающему безопасность людей и механизмов.
Г. Создание контрфорса и оставление целика угля у нижней границы оползня Мъ разрезе "Северная депрессия" разрезоуправле-ния "Новошахтинское" внутренние отвалы формируются на почве пласта Шн по бестранспортной схеме высотой до 30-350 м.
Нагрузка внутренних отвалов в верхней головной части автотранспортными отвалами отрицательно сказалась на их устойчивости. 5-10 апреля 2005 г. сформировался оползень внутреннего отвала, объём которого составил около 3 млн м .
В сложившихся на разрезе горно-технических условиях были разработаны противооползневые мероприятия, основным из которых является создание контрфорса на нижней границе оползня в зоне сформировавшегося вала выпирания максимально возможной высоты (до 25-28 м).
Для подготовки основания под контрфорс необходимо произвести выемку разрушенного оползнем угля пласта Шв с помощью обратной гидравлической лопаты, работающей на автотранспорт. У голь в неразрушенном целике пласта Шн не отрабатывается
Д. Создание искусственной призмы упора в нижней части оползня. Ш участке №2 разреза "Павловский-2" в районе опасной зоны №30 24.06.2003 г. произошло сдвижение массива внутренних бестранспортных отвалов в объёме 1730 тыс.м3.
Смещение пород оползня происходило по почве отработанного угольного пласта I в сторону рабочего борта и составило от 10 до 65 м. Угол наклона основания, на котором размещены внутренние отвалы, изменяется от 9° до 0° (рис. 4).
Причинами оползня следует считать:
- наличие сформировавшейся ранее (в 2002 г.) поверхности скольжения внутренних отвалов;
- подпитка основания внутренних отвалов водами по-дугольного водоносного горизонта;
- сложная гипсометрия почвы угольного пласта, затрудняющая водосбор и отведение карьерных вод.
В соответствии с мероприятиями по локализации и ликвидации опасной зоны выполнены работы по перехвату и отводу карьерных вод за границы размещения внутренних отвалов и отсыпка породами автотранспортной вскрыши дополнительной призмы упора.
Рис. 3. Профиль вкрест простирания в зоне оползня отвала на разрезе «Северная депрессия»
Рис. 4. Положение контура отвала и поверхности скольжения до формирования призмы упора (а) и после её формирования (б)
Породы автотранспортной вскрыши для этого отсыпаются в 2 яруса на горизонтальном и слабонаклонном участке основания внутреннего отвала.
Произведённые расчёты устойчивости подтвердили действенность выбранного мероприятия: оползень был остановлен и работы в рабочем борту возобновлены.
— Коротко об авторах -------------------------------------------
Григорьев А.А. - кандидат технических наук,
Лушпей В.П. - доктор технических наук,
Свистун Ю.А. - аспирант,
Дальневосточный государственный технический университет, Костылев Ю.В. - ОАО "Амурский уголь".
