Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обобщение опыта возведения различных сооружений на слабых основаниях 7
1.1. Анализ практики промышленного и гражданского строительства 7
1.2. Обобщение методов из горнотехнической практики 15
1.3. Специфика инженерно - геологических исследований слабых оснований 18
Выводы 24
Глава 2. Экспериментальные исследования прочности и уплотняемости сильно сжимаемых грунтов 26
2.1. Комплексное зондирование намывных массивов и слабых естественных оснований
2.2. Лабораторные исследования на приборах трёхосного сжатия, плоскостного среза и компрессионных 60
Выводы 75
Глава 3. Инженерно - геологическое районирование территорий, подлежащих освоению 77
3.1. Оценка несущей способности и степени уплотнения внутренних зон гидроотвалов и слабых естественных оснований 77
3.2. Подготовка документации по инженерно - геологическому районированию гидроотвала «Балка Суры», «Берёзовый Лог», «Крутой Лог» 91
Выводы 96
Глава 4. Разработка рекомендаций по освоению массивов слабых грунтов 97
4.1. Оценка устойчивости отвальных насыпей на слабых основаниях 97
4.2. Требования к гидрогеомеханическому мониторингу системы отвальный массив - основание 108
Выводы 118
Заключение 120
Литература 122
- Обобщение методов из горнотехнической практики
- Лабораторные исследования на приборах трёхосного сжатия, плоскостного среза и компрессионных
- Подготовка документации по инженерно - геологическому районированию гидроотвала «Балка Суры», «Берёзовый Лог», «Крутой Лог»
- Требования к гидрогеомеханическому мониторингу системы отвальный массив - основание
Введение к работе
Актуальность работы. Открытые горные работы требуют, кат<: правило, изъятия больших земельных площадей под горнотехнические сооружения. Значительную часть этих площадей занимают отвалы вскрышных пород, гидроотвалы и хранилища отходов рудообогащения ГОКов. Обоснование сокращения отчуждаемых земель невозможно без выполнения комплекса инженерно - геологических и гидрогеомеханических исследований намывных техногенных массивов для последующего решения вопросов реконсервации, наращивания намывом гидротехнических сооружений или размещения на них «сухих» отвалов.
Проблема возведения промышленных сооружений на слабых основаниях в последнее время приобрела особую актуальность в связи с запретом проведения строительных работ на сельскохозяйственных территориях. На слабых грунтах построены многочисленные промышленные и гражданские объекты, возведение которых часто требует больших капиталовложений, использования большого количества ценных строительных материалов для устройства оснований и фундаментов.
Несмотря на успешное строительство и эксплуатацию многих сооружений на слабых основаниях, на практике приходится сталкиваться с авариями подобных объектов, последствия которых могут привести к природным и экологическим катастрофам. Оползни карьерных отвалов при их размещении на слабых основаниях возникают в результате несогласован -ности технологии отвальных работ с инженерно - геологическими условиями используемых территорий, что связано с дефицитом информации о механических свойствах пород оснований и отсутствием надёжного мониторинга состояния системы насыпь - основание для разработки эффективных мероприятий по обеспечению устойчивости отвалов.
Цель работы состоит в инженерно - геологическом обеспечении безопасного размещения отвальных насыпей на слабых естественных и
4 намывных основаниях с учётом пространственно - временной изменчивости прочностных свойств слагающих пород.
Идея работы состоит в выделении зон слабых естественных и намывных оснований по несущей способности с использованием данных о строении оснований, вещественном составе и физико - механических свойствах слагающих их пород для последующего определения экономичных и безопасных параметров отвалов.
Объектами исследований являются гидроотвалы глинисто - меловых пород как действующие («Балка Суры»), так и длительное время находящиеся в состоянии «отдыха» («Березовый Лог»), а также отвальные насыпи на слабых естественных основаниях (Балка «Крутой Лог»).
Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна.
1. Для установления зональности слабых естественных и намывных оснований необходимо использовать комплексное зондирование, обеспечивающее получение непосредственно в массиве характеристик сопротивления сдвигу, величины порового давления, модуля деформации. При этом зондировочные работы следует совмещать с инструментальными наблюдениями за деформациями отвальных насыпей и их оснований.
Моделирование напряженно - деформированного состояния слабых глинистых водонасыщенных грунтов оснований следует осуществлять на приборах трёхосного сжатия в режиме неконсолидированно - недре-нированных испытаний, воспроизводящих неблагоприятные условия работы пород оснований в натурных условиях при формировании на них отвальных насыпей.
Определение допустимых геометрических параметров отвальных насыпей и темпов их формирования на слабых основаниях должно базироваться на данных оперативного гидрогеомеханического мониторинга, использующего в качестве индикатора напряжённо - деформированного состояния слабых водонасыщенных глинистых грунтов величину порового давления.
5 Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются: результатами натурных и лабораторных исследований физико - механических свойств грунтов оснований; сходимостью результатов расчётов и натурных экспериментов и наблюдений; положительной апробацией результатов исследований при складировании отвальных пород на намывном основании гидроотвала №1 ОАО «Лебединский ГОК».
Методы исследований. В работе использован традиционный комплекс методов, включающий: анализ опыта возведения горнотехнических сооружений на слабых основаниях и причин возникновения аварий; обобщение материалов ранее выполненных работ; визуальное обследование; комплексное зондирование; натурные и лабораторные исследования состояния и свойств грунтов оснований с использованием устройств для измерения порового давления, комбинированных зондов, приборов плоскостного среза, компрессионных и трёхосного сжатия (стабилометров); методы теорий фильтрационной консолидации и предельного напряженного состояния.
Научное значение работы состоит в оценке устойчивости системы насыпь - намывное и слабое естественное основание при различных параметрах и литологическом составе формируемого отвала.
Практическая ценность работы состоит в разработке методики прогноза состояния системы насыпь - намывное и слабое естественное основание обеспечивающей повышение вместимости отвальных сооружений и сокращения дальности транспортирования вскрыши.
Реализация выводов и рекомендаций. Рекомендации по внедрению предложенных элементов мониторинга для оперативного контроля системы насыпь - основание и безаварийного производства отвальных работ на гидроотвале Лебединского ГОКа использованы ПК «Гидромехпроект».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на конференции «Неделя горняка»
(МГГУ, Москва, 2006, 2007 гг.), на 9-м международном симпозиуме «Вопросы осушения, горнопромышленной геологии и охраны недр, геомеханики, промышленной гидротехники, геоинформатики, экологии» (ВИОГЕМ, Белгород, 2007 г.), на научной конференции «Сергеевские чтения» (Москва, ГЕОС, 2007 г.), на научных семинарах кафедры геологии МГГУ (2005 - 2007 гг.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 12 таблиц, 43 рисунка, список литературы из 105 наименований.
Автор выражает признательность научному руководителю профессору, доктору технических наук Гальперину A.M. за внимание к работе, а также благодарит коллектив кафедры геологии МГГУ за помощь при проведении исследований и поддержку настоящей работы.
Обобщение методов из горнотехнической практики
В горнотехнической практике слабые основания в большинстве случаев используют для размещения отвальных насыпей, гидроотвалов, хвосто-хранилищ, дамб и других объектов. Намывные территории, используются в качестве оснований для размещения на них отвалов вскрышных пород.
В большинстве случаев при использовании слабых оснований для размещения отвальных насыпей в горнотехнической практике для повышения механических свойств слабых грунтов используют различные виды дренажа, песчаную или скальную пригрузку основания [2, 3, 8, 9, 18,48].
Идея об использовании гидроотвалов в качестве оснований отвалов «сухой» вскрыши появилась в Кузбассе после завершения эксплуатации первых намывных сооружений, что было связано с дефицитом площадей для размещения вскрышных пород и относительной близостью гидроотвалов от разрезов. Однако, практические попытки её реализации показали, что отсыпать «сухой» отвал на поверхности гидроотвала без осложнений не представляется возможным. Только после выполнения специальных исследований были обоснованы технологические схемы отвалообразования на гидроотвалах, которые в дальнейшем видоизменялись на основании опыта ведения отвальных работ и гидрогеомеханического изучения формирования техногенных массивов.
Научно - методическое обоснование размещения отвалов на гидроотвалах выполнялось различными организациями: ВНИМИ, МГИ - МГГУ, НИИКМа, ВИОГЕМ, УкрНИИпроект, ЛГИ, ВНИИВОСуголь и др. Среди специалистов, занимающихся данным вопросом, следует отметить Ю.И. Кутепова, A.M. Гальперина, Л.П. Загоруйко, И.П. Иванова, В.И. Стрельцова, П.С. Шпакова, Ю.В. Кириченко, О.Ю. Крячко, Н.А. Кутепову, М.А. Дергилёва, В.М. Павленко, В.П. Будкова, А.В. Киянца, С.Н. Жилина, В.В. Ермошкина, А.В. Могилина, В.П. Жарикова, А.И. Федосеева и др. [9, 12, 13, 14,24, 25, 28,29, 30, 31, 33,34, 36, 37,38, 39, 51, 52, 53, 84]. Вопросы инженерно - геологического обоснования мероприятий по управлению процессами уплотнения намывных грунтов объекта, внедрённой технологии подготовки внутренней зоны гидроотвала к рекультивации и его литомониторингу детально рассмотрены в работах A.M. Гальперина, Ю.Н. Дьячкова, В.И. Стрельцова и других исследователей [9, 10, 11].
Наиболее представительные работы по инженерно - геологическому обоснованию размещения отвальных насыпей на гидроотвалах выполнены коллективом специалистов лаборатории гидрогеологии и экологии ВНИМИ под руководством проф. Ю.И. Кутепова. ВНИМИ в 1985-1990 гг. подготовлены инструктивно - методические документы, а также совместно с кафедрой геологии МГГУ в 2003 - 2005 гг. методическое руководство по гидрогеомеханическому контролю намывных сооружений [65, 73, 74].
С целью повышения ёмкости гидроотвалов и хвостохранилищ, кафедрой геологии МГГУ совместно с трестом "Энергогидро - механизация" разработан способ возведения намывного основания [70], отличительной чертой которого является расчленение толщи тонкодисперсных грунтов системой гидравлически связанных намывных фильтрующих элементов - призм, линз и подушек, ускоряющих процесс консолидации слабоводопроницаемых техногенных грунтов (рис. 1.1). Способ внедрён на гидроотвале "Берёзовый Лог" (ЛГОК), при подготовке которого к рекультивации намыто более 18 млн.м3 фильтрующих материалов, укладка которых осуществлялась путём безэстакадного намыва. В качестве фильтрующих материалов использовались пески, отходы обогащения железистых кварцитов, золошлаки ТЭЦ. Разработанная технология за счёт увеличения плотности укладки грунта обеспечивает повышение на 15 - 20% ёмкости гидроотвалов и хвостохранилищ, проведение горнотехнической рекультивации территорий гидроотвалов параллельно с их формированием, увеличение коэффициента запаса устойчивости сооружения и повышение его безопасности, возможность использования территорий гидроотвалов сразу после окончания их заполнения, сокращение потребления водных ресурсов на 20 - 25%. Рис. 1.1. Способ возведения намывного основания: а - конструкция намывного основания; б - схема намыва фильтрующего материала; 1 -упорные призмы; 2 - намывной массив тонкодисперсных грунтов; 3 -линзообразные прослойки из фильтрующего материала; 4 - «плавающее» ядро дренажной призмы; 5 - фильтрующая подушка; 6 - пульпопровод; 7 -кран для наращивания пульпопровода; 8 - концевой участок пульпопровода; 9 - зона наибольших осадок; 10 - свайные опоры.
Ускорение отжатая воды из пор тонкодисперсных грунтов вызывает форсирование их консолидации (уплотнения). Ускорение осадок намывной толщи позволяет размещать в заданный период времени (сезон намыва) большее количество складируемого материала на единицу площади и, таким образом, обеспечить сохранение плановой производительности намыва, а также сохранение общего объёма намыва на тех же площадях отвода под намывное основание.
Объём инженерно - геологических исследований площадки, сложенной слабыми глинистыми грунтами, зависит от степени её изученности, сложности инженерно - геологических условий, а также от проектируемого сооружения, величины и вида нагрузок (вибрационных, ударных, статических) [2].
В объём инженерно - геологических изысканий входит установление типа и размещения выработок, диаметра и глубины буровых скважин, необходимого количества образцов, отбираемых из грунта основания и т.п.
В зависимости от палеогеологических условий, а также от конструкции и значимости проектируемого промышленного или гражданского сооружения назначается объём инженерно - геологических изысканий. В состав комплексных инженерно - геологических изысканий входят бурение скважин, проходка шурфов, лабораторные исследования отобранных из скважин и шурфов образцов слабых грунтов, зондирование, лопастные и прессиометрические испытания, исследование грунтов на сдвиг и т.д. Многие виды слабых грунтов текучей консистенции очень трудно (а иногда и невозможно) отобрать с ненарушенной структурой, поэтому именно полевые методы в таких условиях позволяют получить достоверную информацию об их свойствах. При размещении геологических выработок следует учитывать характер напластования рассматриваемых грунтов. Обычно расстояние между буровыми скважинами на площадках под промышленные и гражданские сооружения принимаются равным 35-45 метров, а если слабые грунты не выдержаны по простиранию, то до 15 метров. Глубина буровых скважин назначается из условия, чтобы был пройден весь слой слабых и не менее 3-х метров подстилающих прочных грунтов. Из большинства скважин (25 - 40) % отбирают образцы с ненарушенной структурой [3].
На территориях крупных промышленных предприятий целесообразно применять статическое зондирование. Оно позволяет выяснить, как изменяются физико - механические характеристики грунтов по глубине и по простиранию.
Кроме статического зондирования следует также произвести испытание грунтов в скважинах при помощи лопастного прибора. Обычно проводите! не менее шести таких испытаний в каждом выделенном слое для последующей статистической обработки результатов исследований.
Лабораторные исследования на приборах трёхосного сжатия, плоскостного среза и компрессионных
Лабораторные испытания грунтов слабых естественных и намывных оснований необходимы для определения прочностных характеристик, используемых при расчётах несущей способности, для размещения на них гражданских и промышленных сооружений.
Наряду с определением гранулярного (зернового) состава и водно -физических свойств изучаемых отложений выполняются также определения характеристик их сжимаемости и сопротивления сдвигу.
Для лабораторных испытаний были отобраны пробы: летом 2005 г. глинисто - меловые отложения 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог», летом 2006 г. в основании мелового отвала Стойленского ГОКа, в окрестности прудов № 1 и № 2, по трассе канавы для отвода фильтрационных вод из хвостохранилища Лебединского ГОКа (см. рис. 2.7), для уточнения характеристик глинисто - меловых отложений 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог» Лебединского ГОКа и слабейшего глинистого слоя в основании мелового отвала Стойленского ГОКа.
Отобранные при полевых работах образцы пород испытывались на приборах плоскостного среза ВСВ - 25, компрессионных приборах КПр - 1 и на приборах трёхосного сжатия компрессионного типа УСВ - 2.
Определение основных показателей сжимаемости грунтов производится путём их уплотнения под нагрузкой в условиях одномерной задачи. При такой схеме нагрузки, деформации могут развиваться только в одном направлении. Испытания грунтов проводятся в жёстком кольце (одометре), сам прибор называется компрессионным (компрессионное испытание).
Нагрузка на поверхность грунта прикладывается ступенями, величина её устанавливается в зависимости от естественного состояния грунта и составляет 0,010; 0,025; 0,05 МПа. На каждой ступени нагрузки после стабилизации замеряется осадка и строится графическая зависимость между коэффициентом пористости и вертикальным давлением на образец (компрессионная кривая) в координатах «давление - коэффициент пористости».
Компрессионная зависимость є (Р). Показатели сопротивления сдвигу - основные прочностные характеристики грунтов. Они являются переменными величинами и зависят от давления и условий сжатия в точках контакта частиц. По ним рассчитывают основания и земляные сооружения, по первому предельному состоянию (по предельной прочности), проверяют устойчивость откосов и естественных склонов, вычисляют давление земли на ограждающие конструкции [40, 72].
Предельное сопротивление грунтов сдвигу определяется путём испытания на срезных приборах. Образец грунта после предварительного уплотнения или без уплотнения (в зависимости от схемы испытания) помещается в сдвиговый прибор. Одна половина образца остаётся неподвижной, а другая может перемещаться под действием прикладываемой горизонтальной нагрузки. К образцу прикладывается также вертикальная сжимающая нагрузка. Существуют две схемы испытаний связных грунтов на сдвиг [77]. Опыты на сдвиг проводят при нескольких уплотняющих давлениях и по результатам их строят два графика: первый - в координатах «предельное сдвигающие усилие г - горизонтальная деформация s образца» и второй (результирующий) - в координатах «предельное сдвигающие усилие г - вертикальная нагрузка на образец р». 1) неопределённость напряжённого состояния образца, поскольку распределение бокового давления на образец не может быть задано и не может быть установлено; 2) Сдвиг происходит по принудительной поверхности; ввиду неопределённости напряжённого состояния трудно установить, является лл принудительная поверхность поверхностью скольжения, соответствующей создаваемому в образце напряжённому состоянию.
Вследствие этих недостатков с помощью односрезных приборов невозможно полностью исследовать характеристики прочности грунтов, нельзя выяснить влияние наряжённого состояния на величины угла внутреннего трения и сцепления. Однако средние величины (рис, получаемые на этих приборах для определённой начальной пористости образца, в небольшом интервале нормального напряжения мало отличаются от величин этих характеристик, получаемых на более совершенных приборах трёхосного сжатия.
В опытах на сдвиг в наибольшей степени отображаются действительные условия возможного сдвига сооружения, явления нарушения сопротивления грунта сдвигу очевидны, наглядны и убедительны [44].
Основным преимуществом трёхосных испытаний перед другими методами лабораторных испытаний сопротивления грунтов сдвигу является возможность более правильного воспроизведения природного напряжённого состояния грунта и условий его работы в сооружениях. При трёхосном сжатии на образец грунта действует не только вертикальная нагрузка, но и боковые нагрузки (j2 = о} , величина которых создаётся независимо от вертикальной нагрузки. Весьма существенным является возможность измерения порового давления, возникающего в процессе нагружения и изменяющегося во времени. Из всех перечисленных методов трёхосное сжатие является единственным методом, позволяющим испытывать грунт по закрытой системе, т.е. без оттока воды из образца в процессе опыта, а также с определением объёма поступающей или выходящей из образца воды. Для построения круга Мора на оси абсцисс откладывают максимальное и минимальное главные напряжения а і и аз и на их разности, как на диаметре, строят окружность. Если для каждого круга Мора (каждого испытания) определено поровое давление, то может быть построена предельная огибающая в эффективных напряжениях [5].
Подготовка документации по инженерно - геологическому районированию гидроотвала «Балка Суры», «Берёзовый Лог», «Крутой Лог»
На основании многолетних научных и изыскательских работ, включавших бурение инженерно - геологических скважин, зондирование намывного массива комбинированными зондами МГГУ - ДИГЭС, инструментальные замеры осадок техногенных отложений и стационарные замеры порового давления датчиками Гидропроекта, установлены обобщённые зависимости для оценки состояния намывного массива во времени.
Таким образом, полученные в результате полевых исследований и лабораторных испытаний, характеристики прочностных и деформационных свойств грунтов основания позволяют проводить инженерно - геологическое районирование массивов по несущей способности, величинам конечных осадок и степени уплотнения.
Материалы районирования, наряду с инженерно - геологическими картами и разрезами, включают также для различных по мощности и по составу зон намывного и естественного массива таблицы значений во времени, осадок S (кя, /), допустимых внешних нагрузок на намывное и естественное основание Рдоп (кя, t), а также степени уплотнения U {кя, і). Инженерно - геологическое районирование выполняется с целью решения следующих основных практических задач: размещение отвальных насыпей на слабых основаниях; формирования на территории «сухих» отвалов; рекультивации намывных территорий.
Инженерно - геологическое районирование позволяет сравнивать участки намывных и естественных массивов, определять вид и сроки их дальнейшего использования. Районированием выделяются в пределах исследуемых объектов однородные в инженерно - геологическом отношении таксономические единицы определённого уровня.
Районирование по несущей способности глинисто - меловых отложений 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог» (рис 3.4) было выполнено с учётом состояния намывного массива, максимальная мощность которого превышает 45 м, по данным, полученным при зондировании СПК - Т летом 2007 года, а также зондирования прошлых лет устройством МГГУ - ДИГЭС и трёхосных испытаний. В качестве основной таксономической единицы принимали слои глинисто - мелового состава.
Районирование гидроотвала «Берёзовый Лог» по несущей способности намывного массива. Основными признаками выделения участков служили гранулометрический состав, показатели водно - физических свойств, степень уплотнения (по данным натурных измерений Рц), параметры сопротивления сдвигу (преимущественно по данным вращательных срезов), характеристики сжимаемости (а и Cv). Выполненное районирование показало, что около 80 процентов от общей площади 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог» имеет несущую способность более 0,4 МПа.
Районирование участка территории прилегающей к основанию мелового отвала Стойленского ГОКа (рис. 3.5) по несущей способности, выполнено с учётом наличия песчаного слоя мощностью до 3 метров на одной стороне сточной канавы и его отсутствия на другой. Установлено что несущая способность глинистого основания составляет около 0,6 МПа (без песчаной пригрузки) и 0,8 МПА (с учётом песчаной пригрузки).
1. Инженерно - геологическое районирование территорий, подлежащих освоению, выполнялось для действующего гидроотвала «Балка Суры» («Безымянная»), заполненного к началу 1988 г. гидроотвала «Берёзовый Лог» (Лебединский ГОК) и естественного основания мелового отвала Стойленского ГОКа. Установлена степень уплотнения намывных глинистых грунтов для действующего гидроотвала «Балка Суры». Для 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог» и естественного основания мелового отвала Стойленского ГОКа произведена оценка несущей способности, в результате которой представляется возможность использования данных территорий для размещения на них скальных вскрышных пород.
Для дальнейшего использования территорий, подлежащих освоению необходимо обладать надёжной информацией об их состоянии и уметь прогнозировать поведение слабых оснований во времени. Для этого надо располагать данными об уплотняемости (степени уплотнения и её изменчивости во времени) тонкодисперсных масс. В частности, при использовании территорий под сухие отвалы или при рекультивации, большое значение имеют несущая способность оснований, и изменение её во времени.
Требования к гидрогеомеханическому мониторингу системы отвальный массив - основание
Анализ причин аварий и опыта формирования отвальных насыпей на слабых основаниях показывает, что необходимо разрабатывать и внедрять мониторинговые системы исследований на данных объектах, с целью отслеживания возникновения аварийных ситуаций и разработки мероприятий по своевременному их устранению. Потеря устойчивости отвальных насыпей может привести к возникновению аварийных ситуаций, последствия которых могут оказать негативное влияние на экологическую обстановку данного района [16].
При формировании отвалов насыпных и намывных пород на слабых естественных и намывных основаниях необходимо осуществление постоянного контроля состояния системы насыпь - слабое основание.
Мониторинг осуществляется с целью обеспечения постоянного контроля за состоянием безопасности отвальных сооружений и их воздействия на окружающую среду, предотвращения возникновения аварийных ситуаций и создания условий для безопасной эксплуатации [19, 62].
Основной задачей мониторинга является обеспечение управления в области рациональной и безопасной эксплуатации данных сооружений, для безопасности ведения работ.
Цели и задачи мониторинга достигаются посредством организации системы постоянных (непрерывных) визуальных и инструментальных (в том числе автоматизированных, дистанционных) наблюдений, обеспечивающих получение качественной и достоверной информации о состоянии наблюдаемого объекта в необходимых объёмах.
При эксплуатации железорудных месторождений КМА возникает необходимость в изъятии значительных земельных площадей в плодородной чернозёмной зоне России. Большую часть этих площадей занимают гидроотвалы и хвостохранилища ГОКов КМА. Сокращение отчуждаемых земель невозможно без выполнения комплекса инженерно - геологических и гидрогеомеханических исследований намывных техногенных массивов для последующего решения вопросов реконсервации, наращивания намывом гидротехнических сооружений или размещения на них «сухих» отвалов. Инженерно - геологическое обоснование технических решений по увеличению вместимости сооружений позволяет обеспечить промышленную и экологическую безопасность гидроотвально - хвостовых хозяйств и улучшить их экономические показатели. Выполнение этих работ соответствует Федеральным Законам № 116 и 117 от 1997 г. и нормативным документам о ликвидации и консервации гидротехнических сооружений.
В настоящее время существует дефицит земельных площадей в Центральном Чернозёмном районе (Белгородской области) для отведения их под горнотехнические сооружения. Поэтому возникает необходимость наращивания действующих (Балка Суры), а также использования уже рекультивированных (Балка Чуфичева, Берёзовый Лог) территорий гидроотвалов для дальнейшего использования.
Рассматриваются различные варианты использования территорий занятых названными выше гидроотвалами: размещение сухих отвалов на гидроотвале, реконсервация гидроотвала, а также наращивание действующего гидроотвала. Одной из проблем Лебединского ГОКа являетсл ограниченная вместимость отвалов скальной вскрыши, поэтому рассматривается вопрос размещения сухих отвалов на территориях гидроотвалов.
С целью получения исходных данных для составления проекта консервации уникального намывного горнотехнического объекта -гидроотвала «Берёзовый Лог» и обоснования размещения отвальных насыпей на его территории по заданию ОАО «Лебединский ГОК» выполнялось зондирование намывного массива в 1999 - 2005 гг. с использованием зонда МГГУ - ДИГЭС. Данные зондирования использованы для расчёта степени уплотнения, остаточных осадок и допустимых нагрузок на намывной массив различной мощности, в пределах всех внутренних зон гидроотвала (3-х секций общей площадью 750 га).
Натурные измерения порового давления и осадок позволили уточнить параметры нелинейной консолидации намывных грунтов с учётом реальных условий гидроотвалов. При обратных расчётах использовались инженерные методы прогноза уплотнения намывных тонкодисперсных толщ, соответствующие различным этапам их формирования. Сочетание замеров осадок и порового давления позволяет определять по натурным данным как коэффициент консолидации, так и приведенный коэффициент сжимаемости намывных грунтов. Полученные из обратных расчётов характеристики использовались для проверки прямых задач, позволивших установив, удовлетворительную сходимость расчётных и натурных значений порового давления и степени уплотнения слоев тонкодисперсных пород. Выявлен характер изменчивости параметров нелинейной консолидации и сопротивления сдвигу для намывных масс пляжных, промежуточных и прудковых зон [15, 16].
Данные зондирования позволили установить несущую способность намывного массива и уточнить характеристики сжимаемости техногенных отложений. Проведённый комплекс маркшейдерских и инженерно -геологических работ обеспечил получение необходимой информации для составления проекта рекультивации гидроотвала и его консервации.
На основании выполненных исследований уплотняемости и несущей способности намывного массива 3-й секции гидроотвала «Берёзовый Лог» установлено, что по состоянию на 2007 г. несущая способность (см. табл. 3.2) техногенных отложений превышает 0,3 МПа на всей территории секции.
Оценка несущей способности намывного основания показала, что с учётом влияния пористого штампа с удельной нагрузкой 0,126 - 0,18 МПа при коэффициенте пригрузки a = q/C = 4,2 - 6, сцеплении глинистых отложений С = 0,02 МПа и угле трения ср = 12 (приняты минимальные характеристики сопротивления сдвигу) допустимые нагрузки на основание превышают 0,3 МПа. Таким образом, возможно формирование в 3-й секцил гидроотвала площадью около 200 га. двухъярусного отвала скальных пород высотой 15 метров с расположением 2-х отвальных тупиков в пределах секции. Общая приёмная способность тупиков составит около 3 млн. м в год. По расчётам степени уплотнения и несущей способности для первого этапа формирования отвала принята высота нижнего и верхнего яруса соответственно 5 и 10 метров.
