CC BY
117
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, interrex@mail.ru.
