Научная статья на тему 'Влияние гидрогеологических факторов на устойчивость рабочего борта карьера'

Влияние гидрогеологических факторов на устойчивость рабочего борта карьера Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
615
117
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Влияние гидрогеологических факторов на устойчивость рабочего борта карьера»

2010

УДК 622.271

А.А. Григорьев, А.Н. Девяткина

ВЛИЯНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОЧЕГО БОРТА КАРЬЕРА

У^азвитие техники и технологии открытых горных работ и связанное с этим вовлечение в

-яГ отработку сложных по горно-геологическим условиям месторождений, увеличение коэффициента и объема вскрыши, глубины разработки выдвинуло проблему обеспечения устойчивости бортов карьеров в ряд крупных народнохозяйственных задач.

По мере увеличения глубины карьера растет водоприток в выработки, ухудшаются геомеханические характеристики массива, усложняется процесс кратковременного и долгосрочного прогнозирования устойчивости бортов карьеров и отвалов, а знания о свойствах массива носят все более вероятностный характер.

На устойчивость откосов оказывают влияние многочисленные факторы: геологические, гидрогеологические и горно-технические, а также климатические условия.

Устойчивость откосов уменьшается с понижением характеристик сопротивления сдвигу (сцепления и внутреннего трения), увеличением трещиноватости пород и количества разрывных геологических нарушений.

Образование поверхностей скольжения и их положение в массиве в значительной степени зависит от ориентировки поверхностей ослабления, в том числе слоистости, сланцеватости, тектонической нарушенности; эти факторы зачастую являются решающими при оценке устойчивости откосов.

Существенное влияние на устойчивость откосов также могут оказать водоносные слои пород (горизонты), водоемы, открытые и подземные водотоки вблизи карьера. Следует иметь в виду, что гидростатическое давление, действующее на поверхность скольжения, уменьшает нормальную составляющую веса пород, что ведет к уменьшению сил трения и, в конечном счете, к снижению степени устойчивости откосов.

Климатические условия района месторождения влияют на выветривание пород, уменьшение их прочности и устойчивости в откосах.

На устойчивость уступов и бортов карьеров оказывают влияние и горнотехнические условия: высота бортов и уступов, углы откосов, ширина площадок, конфигурация бортов в плане и в разрезе, наличие подземных горных выработок, способ производства буровзрывных работ и др.

На устойчивость отвалов также существенно влияет угол наклона площадки основания отвала, обводненность пород основания и отвальных масс, технология формирования отвалов.

Рассмотрим влияние гидрогеологических факторов на устойчивость борта карьера на примере Павловского буроугольного месторождения.

Павловское буроугольное месторождение расположено в Михайловском районе Приморского края. Разрез Павловский-2 расположен в центральной части Павловского месторождения. Общая площадь участка 50 км.

На всей площади месторождения и разреза Павловский-2 в основании продуктивной свиты лежит базальтный горизонт грубозернистых песчаников. Мощность базальтного горизонта колеблется от 0 до 50 м. Угленосная часть разреза на 80% представлена песчаниками, на 20% аргиллитами и алевролитами. Вскрышные породы представлены песками, галькой, слабоцементированными аргиллитами, алевролитами и песчаниками мощностью от нескольких метров до 100 м; галечниками, кварц-полевошпатовыми песками с редкими прослоями глин мощностью от 2 до 50 м и среднечетвертичными глинами с галькой, мощность отложений от 0,4 до 16,0 м.

В структурном отношении разрез Павловский-2 представляет собой крупную мульду, вытянутую в северо-западном направлении. Отложения, выполняющие мульду, имеют уклон к центру под углами 2°-5°, на выходах 8°-15°, в отдельных локальных местах 35°-45°.

Основными элементами, осложняющими структуру поля, являются поднятие фундамента и разнообразные нарушения. На участке установлено 12 поднятий площадью от 0,2 до 12 м2, и 21 разрывное нарушение типа сбросов и сбросо - сдвигов с амплитудами от 5 до 37 м.

В пределах площади рассматриваемого геологического участка выделяются три основных водоносных комплекса: надугольный, угольный и подугольный, водовмещающими породами которых являются песчано-галечниковые отложения, песчаники и угольные пласты.

Надугольный комплекс в пределах рассматриваемой области фильтрации имеет повсеместное распространение за исключением зон, где породы полностью удалены горными работами. Водовмещающими породами комплекса являются гравийно-галечниковые и песчаные отложения, средняя мощность которых составляет 25 м. Надугольный комплекс имеет значительные естественные запасы подземных вод и является одним из основных источников обводнения открытых горных работ. Коэффициент фильтрации водоносных пород изменяется от 1,6 до 7,4 м/сутки, при среднем его значении равном 5.4м/сутки. Коэффициент уровнепроводности составляет 5 - 10 м2/сутки.

Водоносными породами угольного комплекса являются линзы песчаников и пласты угля, гидравлически разобщенные между собой. Породы комплекса распространены повсеместно, за исключением зон поднятий фундамента угленосной толщи и участков выработанного пространства разреза. Мощность водовмещающих пород изменяется от 30 м до 70 м. Коэффициент фильтрации комплекса значительно ниже по сравнению с надугольным комплексом и составляет 0,15-0,7 м/сутки. На неотработанной площади участка напоры на подошву комплекса не превышают 60-100 м.

Питание комплексов осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Подугольный водоносный комплекс приурочен к породам коры выветривания фундамента угленосной толщи, средняя мощность которой составляет 50 м. Комплекс характеризуется низкой проницаемостью и незначительной водообильностью, средний коэффициент фильтрации составляет 0,1 м/сутки. Питание подугольного комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в зоне выхода водовмещаюших пород на дневную поверхность.

Сложные горно-геологические условия участка являются основным фактором низкой устойчивости рабочего борта. В качестве примера можно привести деформацию вскрышных уступов участка № 2 разреза Павловский-2 произошедшую в апреле 2006 г. В связи с быстротечностью заключительного этапа эта деформация по результатам расследования отнесена к типу обрушения, но по форме и периоду протекания процесса деформирования пород борта она является типичным оползнем.

Маркшейдерскими наблюдениями в последующие дни выявлено нарастание протяженности трещин и их дальнейшее «раскрытие».

Основными факторами снижения устойчивости рабочего борта и причинами возникновения деформации (оползня) следует считать геологические и гидрогеологические:

— наличие в породах между пластами линз мелкозернистых песков и песчано-гравийных отложений, способных при увлажнении терять прочностные свойства вплоть до образования плывунов;

— присутствие на контакте с пластом I слоя слабоустойчивых пород, представленных углистыми аргиллитами;

— наличие в массиве борта мелкоамплитудных трещин отрыва, простирающихся параллельно фронту горных работ;

— локальные поднятия фундамента и понижения слоев пород между поднятиями в форме желоба способствовали дополнительному накоплению влаги в основании массива; смещение обрушившихся пород происходило по такому желобу;

— увеличение влажности пород через образовавшиеся трещины отрыва в результате значительных атмосферных осадков в период, предшествующий начальному этапу развития оползня и на активной его стадии (март-апрель).

Анализ имеющихся данных показывает, что основной причиной деформаций уступов и бортов карьеров является несоответствие проектных параметров откосов прочностным характеристикам реального породного массива, которые зависят от физико-механических свойств пород, структурно-тектони-ческих особенностей массива, сейсмического воздействия взрывов, технологии отстройки уступов и берм на предельном контуре, сроков службы нерабочих бортов карьера и гидрогеологических условий месторождения.

Основные меры предупреждения деформаций бортов, происходивших под влиянием гидрогеологических факторов:

— детальное изучение горно-геологической и гидрогеологической ситуации;

— систематические наблюдения за проявлениями деформаций массива пород, слагающих рабочий борт карьера;

— соблюдение параметров уступов и бортов в соответствии с проектами, выполненными на основании расчетов устойчивости для конкретных горно-геологических и гидрогеологических условий.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Григорьев, А.А. Устойчивость бортов на угольных разрезах Дальнего Востока (теория и практика): учеб. пособие / А.А. Григорьев, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович, Ю.В. Костылев, В.Ю. Васянович; под ред. В.П. Лушпея. -Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. - 116 с.

2. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. - СПб, 1998. - 88 с.

3. Мироненко, В.А. Горнопромышленная гидрогеология / В.А. Мироненко, Е.В. Мольский, В.Т. Румынии. - М.:

Недра, 1989. - 287 с. ВШЭ '

___Копотко об авторах______________________________________

Григорьев А.А. - кандидат технических наук, доцент, Девяткина А.Н. - аспирант,

Дальневосточный государственный технический университет, г. Владивосток, [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.