Контроль состояния и свойств техногенных массивов гидроотвалов на угольных разрезах Кузбасса

© Р.Г. Клейменов, В.В. Ермошкин, С.М. Простов, 2009

УДК 622.271.333

Р.Г. Клейменов, В.В. Ермошкин, С.М. Простов

КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ ГИДРООТВАЛОВ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА

Проведен анализ опыта контроля состояния и свойств техногенных массивов гидроотвалов и управления на его основе физическими процессами на угольных объектах Кузбасса.

Ключевые слова: гидровскрыша, гидроотвалы, геомеханические процессы, контроль состояния техногенных массивов.

Семинар № 2

R. G. Kleymenov, V. V. Ermoshkin,

S.M. Prostov

THE CONTROL OVER THE STATE AND THE CHARACTERISTICS OF THE TECHNOGENIC HYDRAULIC DUMPS AT THE COAL MINES OF KUZBASS.

The analysis of the controlling over the state and the characteristics of the technogenic hydraulic dumps and their management on the base of the physical processes at the coal objects in Kuzbass region.

Key words: hydraulic stripping, hydraulic dumps, geomechanical processes, the controlling over the state of the technogenic rock masses.

Гидромеханизированный способ

разработки четвертичных глинистых отложений в Кузбассе применяется с 1954 г. Суммарный объем гидровскрыши составил за этот период времени более 850 млн. м3. Возводимые для складирования вскрышных пород гидроотвалы представляют собой намывные сооружения, как правило, овражно-балочного типа с одно-, двух- и трехсторонним обвалованием. Формирование отвалов производится путем строительства дамб первичного обвалования и их последующего наращивания, при этом количество дамб наращивания достигает 14, а суммарная высота дамбы - 90 м. В Кузбассе в настоящее

время гидромониторный смыв пород с размещением их в гидроотвалы используется на шести разрезах, суммарное количество действующих и выведенных из эксплуатации гидроотвалов составляет 50 при общей площади более 7000 га и средней интенсивности намыва до 3 м/год. Объемы пород, складированных в гидроотвалы, по ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" приведены в табл. 1.

В сформированных массивах намывных пород происходят сложные гидродинамические и геомеханические процессы, наиболее существенными из которых являются следующие:

- водоотдача с дренированием влаги через тело дамбы или фильтрующие слои основания сооружения;

- фракционирование и гравитационное уплотнение с образованием локализованных по физико-механи-ческим свойствам зон по глубине и в плане.

Намывные породы длительное время после прекращения эксплуатации гидроотвала находятся в состоянии повышенной влажности и имеют низкие прочностные свойства. Основные геомеханические проблемы, связанные

158

Таблица 1

Объемы пород, складированных в гидроотвалы

Угольные разрезы — филиалы ОАО УК "Кузбассразрезуголь" Наименование гидроотвала Объем, млн. м3

Кедровский Выработка участка № 5 11,6

Моховский Еловский 155,9

Сартакинский Черновой Уроп Выработка по пластам 1 -2 47.0 38.0

Бачатский Бековский 122,0

Краснобродский Прямой Ускат 56,5

Талдинский Еланный Нарык 37,1

Ерунаковский Коровихинский 26,7

ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" 494,8

Таблица 2

Объекты исследования состояния и свойств техногенных массивов гидроотвалов, задачи и применяемые методы геоконтроля

Объект

1. Краснобродский, "Прямой Ускат" Необходимость наращивания дамбы до высоты 60-90 м для дополнительного раз-мещения 60 млн. м3 пород Изучение физико-механических свойств пород Инженерно-геологические изыскания

Наблюдения за изменениями порового давления в намывном массиве и основании Гидрогеомеханический мониторинг

Выявление аномалий геологической структуры массива дамбы Электромагнитное сканирование по профилю протяженностью до 5000 м

2. Краснобродский, "Бахтинский" Деформация отвальных масс сухой вскрыши со сползанием в выработку разреза при склади-ровании на намывное основание Изучение физико-механических свойств пород Инженерно-геологи-ческие изыскания

Наблюдения за изменением порового давления Гидрогеомеханический мониторинг

159

3. Кедровский, "Гидроотвал № 3" Гидромониторный смыв намывных пород гидроотвала

Контроль напряженного состояния массива Гидрогеомеханический мониторинг

Определение деформаций намывного массива GPS - маркшейдерские наблюдения по 3 профилям

Диагностирование влагонасыщенных зон в намывном массиве и основании Электрофизический мониторинг по схемам ВЭЗ и ЭП

4. Бачатский, "Сагарлыкский" Усиление фильтрационных процессов в прибортовом массиве вследствие увеличения порового давления в намывных породах при формировании отвала сухих пород высотой до 70 м Изучение физико-механических свойств пород Инженерно-геологи-ческие изыскания

Диагностирование скрытых фильтрационных коллекторов в прибортовом массиве Электрофизический мониторинг по схемам ВЭЗ и ЭП

5. Бачатский, "Бековский" Оползнеобразование на внешнем откосе дамбы вследствие возрастания порового давления при увеличении высоты многоярусной дамбы до 70 м

Контроль деформационных процессов Маркшейдерский мониторинг

Наблюдения за гидродинамическими процессами и прогноз устойчивости дамбы по критическим значениям по-рового давления Гидрогеомеханический мониторинг (6 скв., 19 датчиков) с периодичностью 1 раз в месяц

6. Сартакинский, "Выработка по пластам 1-2" Ответственность сооружения, большая скорость заполнения накопителя

Определение опасных зон для прогноза устойчивости дамбы Визуальный мониторинг

с ведением горных работ в техногенных намывных массивах и прилегающим к ним бортах угольных разрезов, рассмотрены в ряде работ и обобщены в монографии [1]:

- необходимо обеспечить устойчивость откосных сооружений отвалов (дамб, перемычек, плотин), а также бортов разрезов, находящихся в зоне гидродинамического влияния гидроотвалов;

- при повторной разработке намывных массивов (как правило, гидромеханизированным способом) для обоснования безопасных параметров технологии (высота уступа, расположение фронта смыва и др.) следует учитывать низкое сцепление и анизотропию свойств пород;

- при формировании сухих отвалов на площадях гидроотвалов возможно образование повышен-ного порового давления и возрастает опасность гидродинамических аварий в форме быстро протекающих выбросов.

Принятие эффективных технологических решений требует непрерывного мониторинга состояния, свойств техногенных массивов гидроотвалов, интенсивности протекающих в них физических процессов, диагностирования аномальных зон. В ОАО "УК "Кузбазразрезуголь" длительное время ведутся исследовательские работы в данном направлении в содружестве с изыскательскими и научными организациями (ОАО "Геотехника", ОАО

1. Простов, С.М. Прогноз устойчивости грунтовых дамб / С. М. Простов, Е. В. Костюков, С. П. Бахаева; РАЕН. - М. ; Кемерово : Изд. объединение "Российские университеты", 2006. - 171 с.

"КузбассТИСИЗ", МНЦ ВНИМИ, НФ "КУЗБАСС-НИИОГР", ООО "Геоинформация", ГУ КузГТУ и др.).

В табл. 2 приведена информация об объектах исследования, решаемых задачах и применяемых методах геоконтроля. Анализ опыта контроля состояния и свойств техногенных массивов гидроотвалов и управления на его основе физическими процессами в данных объектах позволил установить рациональное сочетание методов комплексного мониторинга:

- прямые наблюдения, включающие традиционные геологические изыскания и маркшейдерско-геоде-зические измерения, контроль порового давления и обеспечивающие необходимый объем исходных параметров для расчетов устойчивости;

- геофизический мониторинг (электрическое зондирование, профилирование, георадиолокация) пространственновременных изменений состояния и свойств массива на межскважинных интервалах, применение

которого позволяет значительно снизить объемы бурения;

- региональный автоматизированный мониторинг с применением методов аэрокосмической съемки, стерео - и цифровой фотограмметрии для выявления потенциально опасных зон, подлежащих мониторингу, определения геометрических параметров откосов [2].

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Клейменов, Р.Г. Автоматизация маркшейдерского обеспечения открытых горных работ / Р. Г. Клейменов, В. А. Половников // Маркшейдерский вестник. - 2005. - № 4. - С. 55-58. ЕШ

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Клейменов Р.Г. - гл. маркшейдер ОАО "УК "Кузбассразрезуголь"; office@kru.ru Ермошкин В.В. - кандидат технических наук, нач. отдела маркшейдерии и недропользования ОАО "УК "Кузбассразрезуголь"; office@kru.ru

Простов С.М. - доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики ГУ КузГТУ? kuzstu@kuzstu.ru