Войти  |  Регистрация
Авторизация

Мероприятия по увеличению приемной способности старых гидроотвалов (на примере гидроотвала №1 комбината «КМАруда»)



Изучение устойчивости старых гидроотвалов дает возможность разработать мероприятия по увеличению приемной способности по ускорению рекультивации занятых ими площадей. Показательным в этом отношении является гидроотвал №1 Лебединского карьера комбината КМАруда, исследования которого проводились ВНИМИ в 1970—1973 гг. Гидроотвал № 1, намыв которого завершен в 1962 г., сложен преимущественно среднезернистыми песками, составляющими около 83% его объема. Пески залегают почти горизонтально и имеют явно слоистую структуру. Нередки включения «окатышей» мела. При влажности около 16% объемный вес составляет в среднем 1,9 т/м3. Сопротивление сдвигу характеризуется углом внутреннего трения 34° и силой сцепления около 0,1 кгс/см2 (рис. 66).
Обследование глинистого ядра гидроотвала показало, что слагающий его материал находится в текуче-пластичном состоянии и, по существу, почти не консолидирован; это обусловлено слабыми фильтрационными свойствами мело-глинистого материала и значительной мощностью ядра. Участки ядра, не залитые прудом, подвержены интенсивному высыханию, благодаря которому образовалась корка относительно плотной пластичной меловой глины мощностью до 0,4 м. Верхний слой прорезается раскрытыми глубокими трещинами, которые способствуют распространению процесса высыхания в глубь массива. Результаты бурения скважины на берегу пруда-отстойника показали, что трещины проникают до глубины порядка 5—6 м. Примерно этой же глубиной ограничена и зона постепенного перехода меловой глины от плотности корки высыхания до текуче-пластичной консистенции. Определения сдвиговой прочности образцов из верхней зоны показали общее сопротивление сдвигу при нормальной нагрузке 1 кгс/см2, равное в среднем 0,5 кгс/см2 (срез при больших нормальных нагрузках дает идентичные результаты вследствие появления избыточного порового давления). Параметры сопротивления сдвигу образцов корки высыхания составляют: φ = 15° и с = 1,2 кгс/см2. В целом же материал ядра крайне слабо уплотнен и обладает малой сдвиговой прочностью.
Мероприятия по увеличению приемной способности старых гидроотвалов (на примере гидроотвала №1 комбината «КМАруда»)

В нижней части гидроотвального массива имеется слой намытых суглинков со средней мощностью 3—4 м. Структура его однородна, хотя встречаются и участки с тонкослоистым строением. Сдвиговые испытания образцов при номинальной плотности — влажности, соответствующей бытовой нагрузке на данный момент (около 5 кгс/см2), свидетельствует об очень низком сопротивлении сдвигу. В интервале нормальных напряжений 1—5 кгс/см2 угол внутреннего трения не превышает 5° при силе сцепления 0,6—0,7 кгс/см2 (рис. 66). Полученный угол внутреннего трения проверялся дополнительной серией испытаний при плотности, достигнутой предварительным уплотнением под нагрузкой 7 кгс/см2. В этом случае он составил 8° при силе сцепления 0,9 кгс/см2 Низкая прочность намытых суглинков обусловлена высоким содержанием (до 45—50%) глинистой фракции (у коренных суглинков оно составляет в среднем 25%). Оползень надподошвенного типа в северной части откоса (объемом 1,8 млн. м3), развившийся при результирующих высоте и угле откоса гидроотвала соответственно 36 м и 12°, свидетельствует о том, что гидроотвал достиг критической высоты; низкие фильтрационные характеристики намывных, суглинков не позволяют рассчитывать на заметное увеличение сдвиговой прочности в ближайшие несколько лет.
Основание гидроотвала № 1 представлено отложениями поймы р. Осколец. Непосредственно под почвенно-растительным слоем здесь залегает слой гумусированных суглинков. Объемный вес их колеблется от 1,5 до 2 т/м3 при влажности от 40 до 20%, что достаточно определенно свидетельствует о неоднородности суглинков. Сопротивление сдвигу этих пород меняется в широких пределах в зависимости от фациального состава. Так, по результатам института Южгипроруда, угол внутреннего трения изменяется от 12 до 31° при силе сцепления 0,03—0,5 кгс/см3. Образцы, испытанные нами, показали сопротивление сдвигу с параметрами φ = 7° и с = 1,2 кгс/см2 (рис. 67).
Мероприятия по увеличению приемной способности старых гидроотвалов (на примере гидроотвала №1 комбината «КМАруда»)

Залегающий ниже слой торфа отличается также неоднородностью, обусловленной разной степенью разложенности исходного органического материала и изменяющимся содержанием глинистых примесей. Кроме этого, характерным является и непостоянство в мощности — от полного выклинивания до мощности, близкой к 4 м. Объемный вес может меняться в пределах от 1,1 до 1,7 т/м3. Сопротивление торфов сдвигу в значительной мере зависит от величины их уплотнения. В естественном, не нагруженном отвалами состоянии они обладают очень малым сцеплением (0,15 кгс/см2 и меньше) и углом внутреннего трения до 5°. По мере уплотнения эти параметры возрастают. Исследованные образцы торфа из основания гидроотвала № 1, находящегося в течение 8 лет под постоянной нагрузкой около 5 кгс/см3, показали заметное упрочнение: сила сцепления возросла до 0,9 кгс/см2, а угол внутреннего трения составляет 27°. Эти данные позволили построить зависимость изменения общего сопротивления сдвигу от величины уплотняющей нагрузки (рис. 67). Данная зависимость достаточно верно отражает общий характер упрочнения рассматриваемых торфов по мере их нагрузки отвалами. Вместе с тем, приходится признать, что из-за развития избыточного порового давления уплотнение торфов сказывается на устойчивости отвалов лишь после длительного промежутка времени, измеряемого месяцами и годами.
Ниже торфов выделяется слой песчано-глинистых отложений, представленный переслаивающимися глинами, супесями и песками, Глинистые разности характеризуются объемным весом от 1,8 до 2 т/м3 при средней влажности около 30%, иногда — до 40—45%; сопротивление сдвигу определяется средними параметрами φ = 7° и с = 1,15 кгс/см2. Пески, большей частью за глинизированные, показали соответственно φ = 28/34° и с = 0,2/0,3 кгс/см2
Таким образом, из результатов изучения физико-механических свойств пород гидроотвала № 1 и его основания следует, что дальнейшее увеличение высоты гидроотвала неизбежно будет приводить к оползанию его упорных призм ввиду наличия в основании слабых намывных суглинков. Поэтому размещению породных масс на пляже гидроотвала № 1 должно предшествовать выполнение специальных инженерных мероприятий, способствующих увеличению коэффициента запаса устойчивости упорных призм и приемной способности отвальной площади. Без этого нагружение гидроотвала возможно лишь на большом удалении от верхней бровки, т. е. практически в районе пруда-отстойника, что, вообще говоря, нецелесообразно как по технологическим возможностям отвалообразования, так и по условиям устойчивости вдоль отсыпаемых масс горных пород. Кроме того, размещение пород на значительном удалении от верхней бровки, которое диктуется требованиями общей устойчивости нагруженного гидроотвала (приближенно можно принять угол откоса устойчивого гидроотвала α≤φ), снижает полезную емкость отвальной площади.
Наиболее эффективным способом повышения приемной способности рассматриваемой площади является увеличение устойчивости упорных призм гидроотвала за счет создания контрфорса из прочных пород. Суть этого мероприятия сводится к замене на части территории слабых отложений песком и к образованию контрфорса, увеличивающего призму упора. При этом наиболее целесообразен следующий порядок работ. В пойменной части долины р. Осколец, параллельно спрямленному ее руслу, проходится траншея шириной 60—70 м на всю мощность слабых отложений (0—6 м), в которую затем укладывают песок из гидроотвала № 1. Проходка траншеи и размещение в ней песка осуществляется с помощью средств гидромеханизации. Намыв слабых отложений, извлекаемых из траншеи, производится в пруд-отстойник гидроотвала № 1. Отметка поверхности намытого песка должна на 1,5—2 м превышать отметку земной поверхности: это вызывается необходимостью устранить подмачивание отсыпаемых на намытые пески пород «сухих» отвалов в паводковый период.
Мероприятия по увеличению приемной способности старых гидроотвалов (на примере гидроотвала №1 комбината «КМАруда»)

От гидроотвала № 1 к траншее с интервалом 30—50 м проводятся канавы, заполняемые песком, или отсыпаются насыпи, играющие впоследствии роль закладных дрен; основная траншея двумя-тремя канавами соединяется со спрямленным руслом р. Осколец.
Мероприятия по увеличению приемной способности старых гидроотвалов (на примере гидроотвала №1 комбината «КМАруда»)

После образования в передовой траншее песчаной «подушки» начинается размещение пород отвалов. Отвалообразование ведется ярусами в направлении от передовой траншеи к гидроотвалу. Высоту первого яруса, во избежание его оползней и связанных с ними разрывов дренажных канав или закладных дрен, целесообразно принять равной 5—6 м. Высота последующих ярусов принимается равной 10 м.
После того как отметка верхнего яруса превысит отметку верхней бровки гидроотвала, фронт отвалообразования перемещается на пляж намыва, где отсыпка ведется ярусом небольшой (3—5 м) высоты. По мере приближения откоса к пруду-отстойнику, из которого предварительно должна быть удалена вода, отвальный ярус будет оползать с образованием у нижней бровки откоса вала выпирания. На момент интенсивного проявления оползневых деформаций работы должны переноситься на близлежащий участок; по мере затухания подвижек работы возобновляются.
Необходимо подчеркнуть, что непременным условием успешного ведения работ по предложенной схеме является постоянный инструментальный контроль за смещениями отвального откоса.
Проведенные оценки устойчивости гидроотвала № 1 позволяют установить, что таким образом на его пляже может быть размещен слой пород мощностью около 30 м, без нарушения общей устойчивости гидроотвала. Расчеты по сечениям, перпендикулярным спрямленному руслу р. Осколец, показали, что коэффициент запаса устойчивости гидроотвала, нагруженного «сухим» отвалом, превышает нормативный 1,2 (рис. 68, 69).
Рассмотренные в этом параграфе инженерные мероприятия являются лишь частным, хотя и достаточно интересным, результатом широкого круга гидрогеологических и инженерно-геологических исследований, которые становятся все более актуальными в связи с проблемой охраны окружающей среды в крупных горнодобывающих районах.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent