Введение к работе
Актуальность работы Открытая добыча угля в Кузбассе осуществляется
с применением гидромеханизационных технологий, сопровождающихся
складированием гидровскрышных пород в специальные намывные сооружения - -
гидроотвалы. За все время использования гидромеханизации на предприятиях УК
«Кузбассразрезуголь», начиная с 1951 года, удалено более 900 млн. м3
вскрышных пород с размещением их в 50 гидроотвалах различной высоты и
емкости, занимающих в совокупности площадь порядка 7000 га Намывные
і массивы гидроотвалов являются специфическими инженерно-геологическими
объектами, сложенными слабопроницаемыми водонасыщенными глинистыми породами с низкой прочностью и несущей способностью, что обусловливает повышенные требования к качеству оценок и прогнозов устойчивости намывных откосов на всех этапах функционирования гидроотвальных сооружений.
Гидроотвалы вскрышных пород - опасные объекты промышленной гидротехники, подчиняющиеся требованиям Федеральных Законов «О безопасности гидротехнических сооружений» (№117-ФЗ) и «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (№116 - ФЗ), которые регулируют отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, реконструкции, восстановлении, консервации и ликвидации опасных производственных объектов
После завершения эксплуатации некоторые гидроотвалы оказались в зоне
влияния вскрышных и добычных горных работ. Например, под гидроотвалом № 3
разреза «Кедровский» доразведкой установлены дополнительные запасы угля в
объеме 70 млн. м3, для извлечения которых необходимо частичное удаление
, намывного массива и формирование устойчивой конструкции оставшейся части
сооружения.
Обоснование технологических решений по частичной ликвидации гидроотвалов невозможно без детальных исследований инженерно-геологических условий намывных массивов, которые должны обеспечивать получение достоверной информации о строении, составе, состоянии и свойствах намывных пород, а также о закономерностях изменения инженерно-геологической обстановки в результате развития гидрогеомеханических и геодинамических процессов, инициированных горными работами на стадии ликвидации сооружения. Учитывая
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
.]. БИБЛИОТЕКА
С.-Петербург
ОЭ 200 шкт
специфику решаемого вопроса, необходимо разработать специальные методики: обоснования параметров намывного массива при его отработке в зависимости от применяемой технологии на основании инженерно-геологических, гидрогеологических, геофизических и маркшейдерских исследований и наблюдений; мониторинга безопасности горных работ при отработке гидроотвала.
Таким образом, исследования, направленные на разработку методики инженерно-геологического изучения, обоснования оптимальных параметров и мониторинга намывных массивов при частичной отработке гидроотвалов вскрышных пород с обеспечением безопасности горных работ при открытой разработке угля, являются актуальными.
Целью работы является разработка инженерно-геологического обоснования технологических решений по частичной ликвидации гидроотвалов вскрышных пород для обеспечения технико-экономической эффективности, экологической и промышленной безопасности горных работ.
Идея работы. Обоснование экологической и промышленной безопасности ликвидации гидроотвалов базируется на комплексном изучении условий переформирования намывных массивов с привлечением инженерно-геологических, маркшейдерских и геофизических методов исследований, а также математического моделирования гидрогеомеханических процессов при выполнении мониторинга безопасности, включающего контроль напряженно-деформированного состояния намывных пород.
Основные задачи. Анализ современного состояния изученности глинистых намывных массивов на различных стадиях существования гидроотвалов показал отсутствие исследований, касающихся изменения инженерно-геологических условий сооружений при их полной или частичной ликвидации. Также нет серьезной практики ведения вскрышных работ по крупномасштабному удалению гидроотвалов. Это позволяет сформулировать следующие задачи исследований:
-
Выполнить изучение инженерно-геологических условий переформирования намывных массивов на этапе их ликвидации.
-
Установить основные закономерности развития в ликвидируемых намывных массивах технолитогенетических, гидрогеомеханических и геодинамических процессов и явлений.
-
Разработать методику инженерно-геологического, гидрогеологического, геофизического и маркшейдерского изучения ликвидируемых намывных массивов.
-
Разработать методику инженерно-геологического обоснования параметров горных выработок в намывных массивах и оставшихся частей сооружений при частичной ликвидации гидроотвалов.
-
Разработать методику мониторинга безопасности горных работ при частичном удалении гидроотвалов.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
1. Инженерно-геологические условия намывных массивов ликвидируемых гидроотвалов определяются процессами технолитогенеза, развивающимися поэтапно в течение всего времени существования объекта, сутью которых является формирование строения, состава, состояния и свойств пород намывных массивов на стадиях, предшествующих ликвидации, и их изменение вследствие развития гидрогеомеханических и геодинамических процессов, вызванных производством ликвидационных горных работ.
2 Изучение намывных массивов ликвидируемых гидроотвалов следует производить с применением комплекса различных методов- инженерно-геологических, маркшейдерских и геофизических, при этом инженерно-геологические методы направлены на определение строения, состава, физического и напряженного состояния, физико-механических свойств намывных пород, маркшейдерские - на наблюдение за развитием геодинамических явлений, а геофизические - на изучение структуры и строения техногенных массивов
3. Обоснование параметров намывных массивов ликвидируемых гидроотвалов следует выполнять с применением методов математического моделирования напряженно-деформированного состояния намывных массивов на базе построения гидрогеомеханических моделей, учитывающих инженерно-геологические, гидрогеологические, технологические условия производства вскрышных, отвальных и гидроотвальных работ, а также мониторинговых систем, осуществляющих контролирование напряженно-деформированного состояния намывных пород посредством измерений порового давления в массиве и деформаций поверхности сооружения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
- теоретическим анализом технолитогенетических, геодинамических и гидрогеомеханических процессов и явлений, развивающихся в намывных массивах;
-теориями технолитогенеза, фильтрационной консолидации;
- данными экспериментальных исследований строения, состава, состояния
и свойств намывных пород;
маркшейдерскими и геофизическими работами и наблюдениями при выполнении вскрышных гидромеханизационных работ;
удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных по свойствам намывных и насыпных техногенных пород.
Методы исследований. В работе использованы: комплексный подход к решению поставленных задач на основе анализа научной и патентной литературы; лабораторные и натурные методы изучения инженерно-геологических условий техногенных массивов; маркшейдерские и геофизические методы, методы механики сплошной среды; промышленные испытания разработанных рекомендаций.
Научное значение работы состоит в установлении закономерностей развития технолитогенетических, гидрогеомеханических и геодинамических процессов и явлений и оценке инженерно-геологических условий ликвидации намывных техногенных массивов для обоснования параметров намывных массивов, технологических схем частичной отработки гидроотвалов и мониторинга безопасности ликвидационных работ.
Практическая ценность работы заключается в установлении расчетных показателей физико-механических свойств намывных и насыпных техногенных пород; разработке рекомендаций по параметрам вскрышных работ по частичному удалению гидроотвала № 3 разреза «Кедровский» и части намывного сооружения, не подлежащей удалению; организации и выполнении мониторинга безопасности вскрышных гидромеханизационных работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (2006 г., Москва), научно-техническом совете филиала «Кедровский угольный разрез» «УК «Кузбассразрезуголь» и заседаниях кафедры геологии МГГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы
Объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 72 наименований, содержит 28 рисунков, 7 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю дт.н. Кутепову Ю.И. за помощь на всех этапах работы над диссертацией, заведующему кафедрой геологии МГГУ проф., дт.н. Гальперину A.M., проф., д.т.н. Ермолову
B.A., проф., д.т.н. Мосейкину В.В, проф., д.т.н. Кириченко ЮВ., к.г-м.н. Стрельскому Ф П , доц., к.т н. Протасову СИ., доц., к.т н. Щёкиной М.В., за ценные советы и консультации, а также всем сотрудникам кафедры геологии МГГУ за помощь и поддержку.
