СПОСОБ ВЫБОРА МЕСТ РАЗМЕЩЕНИЯ УГЛЕПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ
METHOD OF COAL ROCK DUMPS SITES SELECTING

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для предотвращения самовозгорания складируемой горной породы, может быть использовано при выборе мест для расположения углепородных отвалов.
Самовозгорание углепородных отвалов является одной из актуальных экологических проблем в горнопромышленных районах. В соответствии с теоретическими разработками (Веселовский B.C., Виноградова Л.П., Орлеанская Г.Л., Терпогосова Е.А. Методическое руководство по прогнозу и профилактике самовозгорания угля. М.: АН СССР, 1971) самовозгорание угля обусловливается химической активностью угля, притоком к нему воздуха и накоплением тепла, образующегося в результате окисления. Необходимым фактором здесь является приток воздуха, в связи с чем изобретение направлено на профилактику поступления воздуха в тело отвала.
Известен способ выбора места для расположения отвала, учитывающий направление господствующего ветра. Место для размещения отвала выбирают с учетом розы ветров данного района, что снижает воздействие отвала на селитебные зоны населенных пунктов (Протасова Н.Н. Обоснование факторов, влияющих на выбор местонахождения отвалов. 7 Международная научно-практическая конференция «Инновации в технологиях и образовании», Велико Тырново, 28-29 мая, 2014: Сборник статей. Ч. 1. Белово; Велико Тырново. 2014, с. 60-65).
Недостатком данного способа является то, что при таком выборе места расположения отвала сохраняются условия поступления воздуха к его поверхности и внутренним частям через проницаемые зоны в его основании за счет давления, создаваемого напором воздуха.
Также известен способ выбора места расположения углепородного отвала, который основан на минимизации расстояния транспортирования породы от угольного предприятия до породного отвала (Агапов А.Е., Навитний A.M., Терещенко Т.Л., Игошин В.М., Каплунов Ю.В., Малышев А.А., Батраков Н.В., Агапитова О.В. Технико-технологические решения по формированию пожаробезопасных параметров и тушению горящих отвалов (террикоников): В 2 кн. Справочное пособие. Москва-Шахты: изд-во ЮРО АГН РФ. - 2008).
Недостатком данного способа также является то, что при таком выборе места расположения отвала сохраняются условия поступления воздуха к его поверхности и внутренним частям через проницаемые зоны в его основании за счет давления, создаваемого напором воздуха.
В рассмотренных выше способах не учитываются особенности геологического, тектонического и геоморфологического строения района.
Наиболее близким по технической сущности является такой способ, когда отвалы размещают на землях, непригодных для сельскохозяйственного производства и других целей. В первую очередь для размещения отвалов выбирают отработанные карьеры, балки, овраги и т.п. (Агапов А.Е., Навитний A.M., Терещенко Т.Л., Игошин В.М., Каплунов Ю.В., Малышев А.А., Батраков Н.В., Агапитова О.В. Технико-технологические решения по формированию пожаробезопасных параметров и тушению горящих отвалов (террикоников): В 2 кн. Справочное пособие. Москва-Шахты: изд-во ЮРО АГН РФ. - 2008). Предварительно на площадках, планируемых для размещения углепородных отвалов, создают изолирующий слой из инертных материалов по периметру отвала на высоту каждого вновь формируемого яруса для предотвращения возникновения отдельных очагов горения на глубине и перемещения их от поверхности отвала в сторону его откоса. Одновременно по внешнему контуру ярусов формируют насыпи из инертных материалов, затем производят отсыпку и складирование породы выравнивающего слоя площадки с последующим уплотнением отвальной массы кулачковыми катками. После этого на откосах укладывают складированный ранее слой грунта и весной производят посадку саженцев. Таким образом, вся боковая поверхность отвала оказывается озелененной, что препятствует ветровой эрозии и поступлению воздуха в отвал.
Недостатком данного способа является то, что размещение отвалов в балках и оврагах может существенно повысить вероятность поступления воздуха в тело отвала через трещины и разломы в земной коре, поскольку балки и овраги являются индикаторами современных активных разломов земной коры (геодинамически опасных зон) (Геодинамика недр. Методические указания / Под ред. Петухова И.М., Батугиной И.М. - Л.: ВНИМИ, 1990. 138 с.). Кроме того, в геодинамически опасной зоне может происходить деформация изолирующего слоя в основании отвала, что способствует установлению аэродинамическая связи между телом отвала и проницаемой зоной в его основании. Изобретение направлено на устранение возможности возникновения аэродинамической связи между размещенными в отвале породами и проницаемыми зонами в его основании путем размещения отвала за пределами геодинамически опасной зоны.
Техническим результатом изобретения является предотвращение самовозгорания складируемой горной массы за счет исключения возможности поступления воздуха в отвал через проницаемые зоны в его основании.
Технический результат достигается следующим образом. В предполагаемом районе размещения углепородного отвала производят выделение геодинамически активных блоков и их границ, определяют ширину зон влияния границ геодинамически активных блоков (ширину геодинамически опасных зон) и выбирают место для размещения отвала за пределами зон влияния границ геодинамически активных блоков (геодинамически опасных зон). Подготовка площадки для размещения отвала производится путем создания водонепроницаемого слоя до его проектных границ и формирования изолирующего слоя из инертных материалов по его периметру. После отсыпки отвала производится озеленение его откосов.
Способ поясняется на чертеже. Цифрами обозначены следующие составные элементы: 1 - углепородный отвал; 2 - земная поверхность; 3 - массив горных пород; 4 - зона влияния границ геодинамически активных блоков (геодинамически опасная зона); 5 - изолирующий слой; 6 - зона разрушения изолирующего слоя в основании; 7 - зона разрушения изолирующего слоя на бортах; 8 - наносы; 9 - движение воздуха. Способ реализуется следующим образом.
С помощью метода геодинамического районирования на основе использования топокарт, аэро- и космоснимков разных масштабов, геологических, геофизических, геоморфологических и других материалов производят выделение границ геодинамически активных блоков (4), оценивают ширину их влияния (b), осуществляют идентификацию этих зон на местности, сопоставляют их с планируемым местом размещения углепородных отвалов (1) на земной поверхности (2). Участок для размещения углепородных отвалов располагают за пределами зон влияния границ геодинамически активных блоков.
Реализация предлагаемого способа возможна на основании того, что земная кора состоит из иерархически упорядоченных геодинамически активных блоков разного ранга, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом (И.М. Батугина, И.М. Петухов. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. М.: Недра, 1998. 166 с.). Границы между блоками получили название «геодинамически опасные зоны» и представляют собой линейные участки тектонической деструкции породного массива. Проницаемость пород на границах блоков может быть намного выше, чем проницаемость пород внутри блоков, что способствует массопереносу газов в массиве именно по этим зонам. Кроме того, взаимодействие блоков и их относительные смещения по границам препятствуют залечиванию трещин в массиве горных пород и вызывают деформации поверхностных сооружений, например зданий и трубопроводов (Петухов И.М., Батугина И.М. Геодинамика недр. М.: Недра коммюникейшенз, 1999. 214 с.).
Поэтому при размещении углепородного отвала над геодинамически опасной зоной создаются условия для разрушения с течением времени изолирующего слоя в основании отвала (6) и на его бортах (7) и поступления воздуха в тело отвала через проницаемую зону за счет тяги, возникающей за счет ветрового напора и перепада давления по высоте отвала.
Пример. Горящие углепородные отвалы имеются в Восточном Донбассе, Кузбассе и других горнопромышленных районах России (Экологический мониторинг при ликвидации шахт и разрезов / Под общей редакцией Красавина А.П. - Пермь, ОАО «МНИИЭКО ТЭК», 2010. - 315 с.). Многие из них расположены в балках, оврагах и других понижениях рельефа. Углепородные отвалы имеют размеры 0,5-5 км. Результаты геодинамического районирования показывают, что в Кузбассе шахтные поля разделены на геодинамически активные блоки размерами от 2 до 10 км с шириной зон влияния их границ 200-400 м (Батугин А.С., Головко И.В., Семенов В.А., Мусина В.Р. Определение ширины зон влияния границ блоков по данным проявления техногенной сейсмичности в горнопромышленном районе Кузбасса // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2015. №7. С. 211-214). Границы блоков прослежены через балки, овраги и другие индикаторы рельефа (Геодинамика недр. Методические указания / Под ред. Петухова И.М., Батугиной И.М. -  Л., ВНИМИ, 1990. 138 с.). Ширина b зон влияния геодинамически активных границ блоков (ширина геодинамически опасной зоны) определяется путем регистрации и анализа пространственного размещения сейсмических событий или путем измерения амплитуды взаимного вертикального смещения блоков и дальнейшего расчета по формуле b=10H, где H - амплитуда относительно смещения блоков. Поскольку ширина геодинамически опасной зоны намного меньше размеров углепородных отвалов, а размеры отвалов меньше размеров отдельных блоков, существует возможность располагать отвалы за пределами геодинамически опасных зон.