Содержание к диссертации
Глава 1. Инженерно-геологические исследования естественных и намывных оснований дамб и отвальных насыпей1.1. Анализ результатов ранее выполненных исследований
1.2. Применение метода пенетрационного каротажа для изучения намывных и естественных оснований
1.3 .Лабораторные испытания грунтов оснований
Выводы по главе
Глава 2. Исследование водно-физических свойств скальной вскрыши и отходов ее переработки на п];ебень
2.1.Анализ механических свойств пород скальной вскрыши в качестве материала ограждающих дамб намывных сооружений
2.2. Исследование физико-механических свойств отходов переработки скальной вскрыши
2.2.1. Предварительные сведения
2.2.2. Статистическая оценка гранулярного состава карьерных отходов с
2.2.3. Водно-физические и механические свойства отходов переработки скальной вскрыши
Выводы по главе
Глава 3. Инженерно-геологическое обоснование безопасных параметров ограждающих дамб хвостохранилища при формировании их из скальных пород вскрыши
3.1. Предварительные сведения
3.2. Расчеты устойчивости дамб при наращивании хвостохранилища
3.3. Оценка возможностей повышения вместимости хвостохранилища
Выводы по главе
Глава 4. Инженерно-геологическое обеспечение размещения отвальных насыпей на намывных основаниях
4.1. Гидрогеомеханическая оценка эффективности пористого штампа
4.2. Технико-экономическая эффективность оптимизации размещения и использования пород скальной вскрыши Лебединского ГОКа
Выводы по главе
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в регионе Курской магнитной аномалии (КМА), характеризующемся наличием высокоплодородных почв (чернозема), сложилась напряженная ситуация со складированием вскрышных пород и отходов рудообогащения из-за дефицита земельных площадей для размещения отвалов и хвостохранилищ.
На крзшнейшем железорудном предприятии РФ - ОАО «Лебединский горнообогатительный комбинат» по состоянию на 2008 г. скальная вскрыша отрабатывается в объеме 10,2 млн.м^ в год, из них рационально используется для производства щебня лишь 1,6 млн.м и 0,25 млн.м для пригрузки карьерных откосов и в путевом хозяйстве карьера. Остальной объем скальной вскрыши складируется в пяти ярусах отвала №1 при средневзвешенной дальности транспортирования 18,4 км. В ближайшие годы ожидается увеличение годового объема скальной вскрыши до 15 млн.м .
Основным материалом дамб хвостохранилищ ГОКов КМА являются крупнозернистые хвосты. В ближайшей перспективе высота дамб из-за ограниченности земельных отводов достигнет 120-140 м и возрастет опасность запыления прилегающих территорий, в т.ч. пахотных земель.
Поэтому обеспечить экологическую и промышленную безопасность хвостохранилищ при существующей конструкции дамб затруднительно.
Загрязнение окружающей среды из-за пыления дамб и поверхности хвостохранилища приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий территории и осуществляется по цепочке воздух - почва - растение.
Использование для формирования дамб скальной вскрыши позволит сократить дальность ее транспортирования, снизить ветровую эрозию
(дефляцию) и обеспечить устойчивость высоких дамб. По данным НИИКМА, при повышении высоты дамбы хвостохранилища ЛГОК от 100. до 120 м скорость ветра Vg, удельная сдуваемость G, расстояние от объекта L для достижения ПДК по пыли соответственно составляют 4,3 м/с, 6,3 мг/с-м , 7 км и 5,9 м/с, 32,7 мг/с-м , 15 км.
Поэтому решение проблемы более эффективного размещения и использования скальной вскрыши и отходов ее переработки на щебень представляет интерес как с экологических, так и экономических позиций.
Цель работы состоит в инженерно-геологическом изучении скальной вскрыши и обосновании размещения отходов ее переработки для формирования из этих материалов ограждающих дамб намывных сооружений, подготовки слабых оснований и улучшения экологической обстановки в отвально-хвостовом хозяйстве.
Идея работы состоит в использовании скальной вскрыши и отходов ее переработки для обеспечения устойчивости и повышения вместимости отвальных сооружений.
Объектами исследований являются действующие хвостохранилище и гидроотвал и законсервированные гидроотвалы №1 и «Березовый Лог» Лебединского ГОКа.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Определение прочностных свойств насыпных масс скальной вскрыши необходимо производить на широкоплоскостных сдвиговых приборах с регулируемой площадью сдвига, позволяющих выявить влияния слабых литологических разностей на их прочностные характеристики, а для оценки прочностных и деформационных характеристик грунтов естественных и намывных оснований применять метод пенетрационного каротажа станцией СПК-Т, который позволяет получить эти характеристики непосредственно в массиве.
2. Отходы переработки пород скальной вскрыши (кварцитопесчаников и сланцев) являются ценным материалом для использования в отвальнохвостовом хозяйстве при формировании пористого штампа на намывных и естественных слабых основаниях отвальных насыпей, а также при возведении ограждающих дамб хвостохранилищ и гидроотвалов.
Компрессионно-фильтрационные характеристики отходов переработки скальной вскрыши сопоставимы с аналогичными показателями хвостов обогащения железистых кварцитов и строительного песка.
3. Установлены зависимости коэффициента запаса устойчивости от высоты дамбы, ширины пляжа и генерального угла внешнего откоса, обеспечивающ;ие безопасную эксплуатацию ограждающей дамбы, формируемой из скальной вскрыши.
Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей распределения выхода фракций отходов переработки скальной вскрыши и анализе их физико-механических свойств, а также зависимостей между коэффициентом запаса устойчивости скальных дамб от их геометрических параметров и ширины пляжа намыва.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
• результатами натурных и лабораторных исследований материала оснований и тела хвостохранилища и гидроотвалов, скальных насыпных пород вскрыши и отходов их переработки; статистической обработкой полученных результатов, удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных о степени уплотнения и несущей способности намывных массивов, рассматриваемых в качестве оснований для отвальных насыпей рыхлой и скальной вскрыши (расхождение - не более 10%);
• результатами размещения отвальных насыпей на гидроотвале №1 ОАО «Лебединский ГОК» и создания пористых штампов на гидроотвале «Березовый Лог».
Методы исследований. В работе использован комплекс методов, включающий:
• анализ и обобщение ранее выполненных научных и проектноизыскательских работ по инженерно-геологическому изучению основания и тела отвального сооружения;
• натурные и лабораторные исследования грунтов естественных и намывных оснований, отходов переработки скальной вскрыши с использованием комбинированных зондов МГГУ-ДИГЭС, пенетрационного каротажа установкой СПК-Т, приборов плоскостного среза, компрессионных и трехосного сжатия, ситового анализа;
• методы математической статистики для анализа фракционного состава отходов и установления расчетных показателей механических свойств;
• методы теорий фильтрационной консолидации и предельного напряженного состояния.
Научное значение работы состоит:
• в оценке устойчивости системы скальная насыпь — естественное основание при различных генеральных углах откоса и ширине пляжа намыва хвостов при наращивании ограждающей дамбы по сравнению с существующим проектом заполнения хвостохранилища ЛГОК;
• в проведении гидрогеомеханической оценки состояния намывного массива законсервированного гидроотвала № 1 с учетом влияния пористого штампа из отходов переработки скальной вскрыши.
Практическая ценность работы заключается в комплексном использовании скальной вскрыши вместо складирования ее в отвал с экономией транспортных затрат, земельных площадей и обеспечением экологической безопасности отвально-хвостового хозяйства.
Реализация выводов и рекомендаций. Разработанные технические решения, предложения и рекомендации переданы проектным организациям Центрогипроруда, ВИОГЕМ, ПК «Гидромехпроект» для использования при проектировании наращивания хвостохранилища выше отм.232 м и формирования отвальных насыпей рыхлой вскрыши на гидроотвале №1.
Результаты работы используются кафедрой геологии МГГУ в учебном процессе при преподавании дисциплин «Инженерная геология» и «Геомеханика открытых горных работ».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (ВИОГЕМ, г.Белгород, 2005 г.) и научных семинарах кафедры геологии МГГУ (2006 - 2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, в том числе 14 таблиц, 58 рисунков, список литературы из 136 наименований.
Автор выражает признательность научному руководителю к.т.н., доц.
Щёкиной М.В. и заведующему кафедрой геологии, д.т.н., проф. Гальперину A.M. за внимание к работе, а также благодарит коллектив кафедры геологии МГГУ и к.т.н., доц. Дергилева М.А. за помощь при проведении исследований и поддержку настоящей работы.
