Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. COBPEMEHHOE СОСТОЯНИЕ ГИДРО ОТ ВАЛО ОБРАЗО ВАНИН И ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАМЫВНЫХ ТЕРРИТОРИЙ.
I. Развитие и особенности гидроотвалообразования на карьерах Кузбасса и КМА 10
2. Оценка возможностей повышения емкости и последующего использования территорий гидроотвалов 50
ГЛАВА П. ОЦЕНКА ВО ВРЕМЕНИ СОСТОЯНИЯ МАССИВОВ ГИДРООТВАЛОВ, КАК СЛАБЫХ ОСНОВАНИИ.
I. Исследование сдвиговой ползучести пород намывных оснований сухих отвалов 41
2. Определение характеристик уплотняемости намывных грунтов по данным натурных
исследований 48
3. Прогнозные расчеты уплотнения и несущей способности намывных масс гидроотвалов 58
4. Инженерно-геологическое районирование территорий гидроотвалов 65
ГЛАВА Ш. ИЗЫСКАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗВЕДЕНИЯ ГИДРООТВАЛОВ КУЗБАССА НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ НАМЫВНЫХ МАССИВОВ.
I. Увеличение емкости гидроотвалов в процессе намыва тонкодисперсных грунтов путем создания насыпных и намывных дренажных элементов 75
2. Установление допустимых темпов возведения намывных дренажных элементов .90
3. Технология формирования дренажных призм в массивах действующих гидроотвалов 99
ГЛАВА ІУ. ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ СУХИХ ОТВАЛОВ НА НАМЫВНЫХ ОСНОВАНИЯХ.
I. Установление конструкции сухих отвалов и режима отвальных работ на намывных основаниях 108
2. Рекомендации по геомеханическому контролю системы "отвальная насыпь - намывное
основание" 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1ЬЬ
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЕ 149
- Развитие и особенности гидроотвалообразования на карьерах Кузбасса и КМА
- Исследование сдвиговой ползучести пород намывных оснований сухих отвалов
- Увеличение емкости гидроотвалов в процессе намыва тонкодисперсных грунтов путем создания насыпных и намывных дренажных элементов
- Установление конструкции сухих отвалов и режима отвальных работ на намывных основаниях
Развитие и особенности гидроотвалообразования на карьерах Кузбасса и КМА
Для бассейнов, где во вскрышной толще широко представлены песчано-глинистые породы, перспективы развития гидромеханизации как прогрессивной технологии ведения вскрышных работ""неразрывно связаны с совершенствованием гидроотвалообразования.
В Кузбассе, в системе производственного объединения "Кеме-ровоуголь" вскрышные работы с применением гидромеханизации производились на большинстве разрезов (табл. 1.1)/22,47,500/.
Наибольшие объемы гидровскрышных работ были достигнуты в период с 1965 до 1976 года, когда годовой объем вскрыши, разрабатываемой гидромеханизацией достигал 30 млн.м3 (рис.1.1). Начиная с 1976 года и по настоящее время наблюдается тенденция снижения объемов гидровскрышных работ, что связано с ухудшением технико-экономических показателей, хотя сравнительно недавно сопоставление различных методов ведения вскрышных работ в Кузбассе свидетельствовало о том, что гидровскрышные работы были вдвое дешевле, чем экскаваторные в комплексе с железнодорожным транспортом, и в 2,5 - 3 раза - чем экскаваторные с автотранспортом / 6,22/. Технико-экономические показатели производства рыхлой вскрыши на карьерах КМА за 1975 - 1979 г.г. приведены в табл. 1.2. Гидроотвалообразование по стоимостным показателям также успешно конкурирует с другими видами складирования вскрышных пород в отвалы (табл. 1.3).
Исследование сдвиговой ползучести пород намывных оснований сухих отвалов
В соответствии с представлениями структурной механики грунтов /Ю.К.Зарецкий, С.С.Вялов 64,86 / существующий принцип расчета откосных сооружений по предельным деформациям /86-89/ должен быть дополнен условием, что лимитируемые предельные деформации произойдут с определенной скоростью за ограниченный срок после отсыпки сухого отвала на намывном основании.Для установления моментов достижения критической скорости сдвиговых деформаций глинистых пород оснований следует выполнять лабораторные испытания пород на сдвиговую ползучесть или производить инструментальные наблюдения за выдавливанием гидроотвальных пород под действием нагрузки от сухих отвалов.
С учетом необходимости определения критических (разрушающих) деформаций рассматриваются закономерности, позволяющие описывать все три стадии процесса ползучести: неустановившуюся ползучесть, пластично-вязкое течение и прогрессирующее течение /64,66 /. Согласно кинетической теории прочности и ползучести / 64,66 /, деформирование и разрушение горных пород связыва -ется с преодолением минеральными частицами и их микроагрегатами энергетического барьера и переходом в новое положение равновесия под воздействием активирующей эти частицы силы. Для прогноза сдвиговых деформаций и снижения прочности глинистых пород отвальных массивов во времени использованы соотношения структурной механики грунтов.
С учетом условия достижения критической плотности микротрещин u)p=comi в момент &р разрушения горной породы и предложенного Ю.К.Зарецким и С.С.Вяловым выражения для описания процесса трещинообразования уравнение длительной прочности принимается в виде.
Увеличение емкости гидроотвалов в процессе намыва тонкодисперсных грунтов путем создания насыпных и намывных дренажных элементов
Основными мероприятиями по повышению емкости и последующему использованию территорий действующих гидроотвалов являются увеличение высоты дамб за счет усиления низовых откосов и повышение плотности намывных глинистых пород. Устойчивость откосных сооружений гидроотвалов обеспечивается надежными их основаниями, хорошим дренажем, механическим удержанием породных масс в равновесии (выполаживание и террасирование откосов, устройство контрбанкетов и контрфорсов), а также применением оптимальных (в отношении устойчивости) схем и режимов отвалообразования (послойный намыв водонепроницаемых и дренирующих материалов, формирование гидроотвалов из фильтрующих пород при укладке сухих отвалов, регулирование темпов намыва и отсыпки;.
К настоящему времени на гидроотвалах разрезов Кузбасса сформировались намывные толщи глинистых пород мощностью до 50 м, неконсолидированное состояние которых обусловливает низкую плотность укладки вскрыши, а также препятствует последующему использованию площадей гидроотвалов в период сразу же после окончания намыва.
Как показывают исследования, ускорение консолидации глинистых намывных толщ возможно за счет размещения на них полу -скальных пород вскрыши путем намыва или отсыпки ; это приве -76 дет к созданию так называемого " пористого штампа". Гидравлическое складирование коренных пород по сравнению с укладкой "сухих" отвалов на намывные глинистые породы имеет следующие преимущества: повышается безопасность работ в связи с отсутствием людей и оборудования на неустойчивых породах в процессе ведения намыва, увеличивается общая емкость гидроотвала за счет уплотнения намывных суглинков под действием "пористого штампа" и, как следствие этого, создаются нормальные условия для последующего размещения сухой вскрыши и рекультивации за счет повышения несущей способности намывных масс. При этом необходима пригрузка низовых откосов дамб гидроотвалов.
Для действующих гидроотвалов целесообразно применение способов ускорения консолидации тонкодисперсных масс путем создания в теле гидроотвала комплекса дренажных элементов -цилиндрических вертикальных дрен, подушек, линз, призм из полускальных пород вскрыши.
Систему дренажных элементов предпочтительно комбинировать с намывом в пляяной и ядерной зонах сплошного дренирующего слоя (например из песчаников) мощностью до 2-3 м, что значительно улучшает условия консолидации намывных пород и устойчивость откосов.
Как показывают расчеты, значение коэффициента запаса устойчивости дамбы гидроотвала № 3 разреза "Кедровский" возрастает на 15-20$ в результате создания в приоткосной зоне дренажных линз, примыкающих к дамбе гидроотвала. Дренажные линзы целесообразно отсыпать в зимнее время с использованием автомобилей БелАЗ-540 и БелАЗ-548 в комплексе с бульдозерами Д-572, применяемыми в качестве основного технологического оборудования при отвалообразовании на гидроотвале і 2. Отсыпка линз на гидроотвале № 3 не повлечет за собой дополнительных затрат в связи с сокращением длины транспортирования вскрышных пород,
В зимний сезон 1982-83 г.г. производилась отсыпка первой очереди дренажных линз из полускальных пород вскрыши. Контрольное зондирование массива показало увеличение степени уплотнения намывных масс пляжной зоны более чем в два раза (с 1/= 0,3 до - I/ = 0,6 Q7 ). Дренажные линзы П-ой очереди планируется отсыпать после окончания сезона инамыва гидроотвала 1984 года.
Расчленение пляжной зоны дренажными линзами позволит использовать ее территорию под сухой отвал "Пихтовский", что без применения спецтехнологии по повышению несущей способности намывных: масс было невозможно. . В результате подобного расчленения намывного массива на слои мощностью до 10 м появляется возможность дополнительного размещения на гидроотвале "Бековский" разреза им. 50-летия Октября до 20 млн.м3 глинистых пород и на гидроотвале № 3 разреза "Кедровский" до 5 млн.м3 пород.
Установление конструкции сухих отвалов и режима отвальных работ на намывных основаниях
Критические скорости сдвиговых деформаций lip глинистых пород намывных оснований в зоне нижней бровки откосов сухих отвалов определяются по формуле 2. А при значениях нормальных напряжений 4г 0,5 - 2,0 кг/см с использованием параметров J7P и J1 , приведенных в таблице 2.2 . Результаты расчетов для пород пляжной и ядерной зон при степенях уплотнения U - 0, би 1/= 1,0 представлены в виде графиков на рис, 4.1 и 4.2 Полученные графики рекомендуются для контроля устойчивости сухих отвалов по деформациям намывных оснований.
Полученные данные использовались в качестве исходной информации при регламентировании режима отсыпки и конструкции сухих отвалов, размещаемых на намывных основаниях. 6 частности, рассматривалось отвалообразование с применением драглайна ЭШ-10/70 для северо-восточного участка гидроотвала "Новобачатский" разреза "Краснобродский" ПО "Кемеровоуголь". В рассматриваемых условиях целесообразно осуществлять последовательную нижнюю и верхнюю отсыпку двух ярусов отвала при прямом и обратном проходе экскаватора /too /. Такая схема позволяет дважды использовать путь отвального тупика без его переноса с одновременным увеличением его приемной способности и исключает холостые проходы экскаватора (рис. 4.3 ). Протяженность фронта отвала колеблется от 1,5 км в начале ведения отвальных работ до 2,0 км - в конце. Отвал полускальных пород размещается преимущественно на территории ядерной зоны гидроотвала и лишь незначительной своей частью покрывает пляжную зону (рис. 2.8). Высота нижнего
Отвального яруса составляет Н0,я - 20 м, но в связи с проседанием сухого отвала в намывные породы ha_„ возрастает в пляжной зоне до 21 м и в ядерной - до 23 м. Опыт отвалорбразования
Предлагаемая схема отзалоо разсвания на намывном основании в условиях ограниченных оползневых деформаций с доставкой вскрышных пород тоанспоотом. драглайнами на экскаваторных отвалах при железнодорожном транспорте показывает, что производительность ЭШ-Ю/70 применительно к условиям Кузбасса достигает 3000 тыс.м3 в год или 12300 м3 в сутки / /01 /. Оптимальная ширина заходки при отсмя-ке 1-го яруса составляет для пляжной зоны /1 = 96 м, для ядерной А в 89 м /67,100,101/ . При шаге передвижки, равном 6 м, драглайн отсыпает с одной стоянки объем породы, равный суточной производительности экскаватора. При указанном режиме работы 1-ый ярус сухого отвала формируется за один год, а в течение второгб года формируется второй ярус при обратном проходе экскаватора. Скорость подвигания отвального фронта 1? составляет для пляжной зоны в» 48 м/год, для ядерной Ц,л 39,5 м/год. Расчетами устойчивости сухого отвала на намывном основании с применением ЭВМ ЕС-1033 установлено положение кривых скольжения о наименьшим коэффициентом запаса устойчивости. Расчеты производились для вариантов размещения сухих отвалов в пляжной и ядерной зонах при степенях уплотнения намывного основания 7= 0,6-1,0.
