Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

86 страниц

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Рекомендации предназначена для производственных, проектных организаций и научно-исследовательских институтов Минуглепрома.

 Скачать PDF

Оглавление

I. Инженерно-геологическая характеристика гидроотвалов как оснований для отвалов сухих пород

     Классификация отвалов и гидроотвалов

     Факторы, определяющие состав, состояние и свойства пород гидроотвалов

     Специфика деформаций отвалов при их отсыпке на территориях гидроотвалов

     Типизация гидроотвалов при обосновании направления инженерно-геологических исследований

II. Инженерно-геологические исследования и интерпретация их результатов

     Состав и объем инженерно-геологических исследований

     Изучение состава и физико-механических свойств пород отвалов, гидроотвалов и их оснований в лабораторных условиях

     Изучение состояния и свойств пород отвалов, гидроотвалов и их оснований в полевых условиях

     Наблюдение за деформациями откосов отвалов, оценка напряженного состояния гидроотвалов и интерпретация результатов

     Принципы инженерно-геологического районирования территорий гидроотвалов

III. Инженерно-геологическое обоснование мероприятий по отвалообразованию на территории гидроотвалов

     Прогноз изменения напряженного состояния пород гидроотвалов при их нагружении породами "сухой" вскрыши

     Расчет устойчивости отвалов и гидроотвалов

     Схемы отвалообразования на территориях гидроотвалов и мероприятия по безопасному ведению отвальных работ

     Рекультивация гидроотвалов, нагруженных отвалами "сухих" пород

Приложение 1 Характеристика гидроотвалов Кузбаса

Приложение 2 Графики изменения содержания фракций по удалению от фронта намыва

Приложение 3 Физико-механические свойства намывных пород Кузнецкого угольного бассейна

Приложение 4 Основные показатели состава, состояния, физико-механических свойств намывных грунтов и методы их определения

Приложение 5 Опытная отсыпка на гидроотвале "Новобачатский"

Приложение 6 Расчет устойчивости гидроотвала "Новобачатский" при нагружении его породами "сухой" вскрыши

Приложение 7 Пример расчета устойчивости отвала, отсыпанного на слабое водонасыщенное основание

Литература

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

ВНИМИ

РЕКОМЕНДАЦИИ И по инженерно-геологическому обоснованию параметров отвалов сухих пород, отсыпаемых на гидроотвалах

Ленинград

1985

Министерство угольной промышленности СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРЕЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИОСШОВАТЕЕШКИЙ ИШТИТУТ ГОРНОЙ ГВОМБХАНИКИ И МАРНШЕЙДЕГСКОГО ДЕДА

ВНИМИ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ИНКЕНЕРНО-ГЕОЛОПгаСКОМУ ОБОСНОВАННО ПАРАМЕТРОВ ОТВАЛОВ СУХИХ ПОРОД, ОТСЫПАЕМЫХ НА ГИДРООТВАДАХ

Денияград 19 8 5

в)    период активной стадии обусловлен работой технологического оборудования, скорость смещения при этом составляет обычно 0,1-0,2 ц/ч;

г)    период затухания деформаций, по истечении которого подвижки оползня не опасны для оборудования, равен 8-16 ч.

Отмечено также, что характер деформирования существенно зависит от высоты отвального яруса. Так, деформации яруса высотой 3-5 м протекают обычно внезапно в момент разгрузки автооамосва-да. Это вызвано резким увеличением активной нагрузки на отвал у его верхней бровки за счет веса автосамосвала; роль последнего в устойчивости откоса уменьшается с увеличением высоты яруса. При выооте яруса 7-20 м оползание происходит в виде плавного медленного смещения породных масс, постепенного выполажяввняя откоса и затухания деформаций.

Ю. Описанные оползни проявляются при отвадообразовании на участках гидроотвалов, сложенных песчано-супеочаными и суглинистыми отложениями. Переход отвальных работ на территория распространения глинютых пород текучей консистенция с минимально малым сопротивлением сдвигу (обычно менее 0,01 МПа) предопределил появление нового типа деформаций отвалов - деформаций оседания с выдавливанием намывных пород. Отвалообразование в глинистой зоне гдцроотвалов а Кузбассе только начинается, поэтому процессы деформирования отвалов мало изучены, хотя некоторые закономерности ях протекания ухе можно выделить. После отсыпки блока пород на слабое основание он плавно погружается в намывные отложения без образования поверхности скольжения (см. рис. I, б). Оседание отвала неравномерно по всему объему; в большей степени этим процессом охвачена внешняя часть отвала. Это приводит яе к выполажива-нию откоса, как в случав оползней, а наоборот, к увеличению угла наклона откоса отвала. Намывные породы при этом поднимаются без характерных для подподошвенных оползней валов выпирания. Отсутствие видимых выходов поверхностей скольжения как в наоыпных, так и в намывных породах, а также преобладание на отвалах вертикальных деформаций свидетельствует о правильном представлении механизма этого процесса. Наблюдения за подобными деформациями на гидро-отвалах Кузбасса позволяли зарегистрировать их характер; длина блока оседания полностью совпадает с протяженностью зоны интенсивного отвалообразования; ширина оседающего блока составляет 30-40 м; окорость оседания в период активной стадии равнялась 0,3-0,4 м/ч; активная стадия обычно заканчивалась, когда бровка отвала превышала намывные породы на 3-4 м.

11.    Третий тип деформаций (см. рис. I, в) встречается на окло»-нах, образовавшихся в результате деформаций отвалов по первому

и второму типам и выражается в медленном растекании вязко-пластичных грунтов под углом естественного откоса. Образование оплывов /4/ овязано, как правило, с потерей прочности пород вследст-ствие их переувлажнения и перехода в текучее состояние. Подподошвенные оползни и деформации оседания отвалов с выдавливанием намывных пород приводят к формированию вторичного техногенного рельефа на поверхности гидроотвала, а именно, склона с углами, достигающими в некоторых случаях 6 - 8°. Подобные склоны сложены водо-насыщенными породами текучей консиотепции с низкими значениями сдвиговой прочности (обычно менее 0,01 МПа) и являются очень неустойчивыми, поэтому сразу после их образования начинается вязко-пластичное растекание переувлажненных масс. Следует отметить, что деформации оплывания можно наблюдать не только в глинистой зоне гвдроотвалов, но и на сравнительно прочных породах суглинистого состава. Удерживающая способность глинистых грунтов обусловливается присущим им сцеплением. Однако постоянные оползневые дефО{>-мации, выдавливание пород гидроотвалов, динамическое воздействие от работающего на отвалах оборудования приводит к полному нарушению первоначальной структуры намывных отложений и к разрушению структурного сцепления. Потеря связности грунта происходит также за очет насыщения водой, отжимаемой из намывных пород, находящихся под отвалами.

Наблюдениями на гидроотвалах Кузбасса установлено, что при углах наклона оклова порядка 4° скорооть деформирования откоса можот достигать значений 0,3 м/сут.

12.    Развитие того или иного вида деформаций при отвалообразо-валии на гидроотвалах определяется прочностными и деформационными свойствами намывных пород и технологическими факторами, главными из которых являются высота и интенсивность ведения отвальных работ. Для каждой из выделенных при инженерно-геологическом районировании вон (разд. 2, пп. 42, 43): песчано-супесчаной, суглинистой и глинистой - характерен определенный тип деформаций. Исключение составляют повсеместно распространенные осадки отвалов, хотя их продолжительность не одинакова для различных зов.

Так, ооадки отвалов ва глинистом основания могут протекать многие годы и десятилетия, тогда как скорость уплотнения песчаных пород практически совпадает с интенсивностью нагружения.

Размещение отвалов в пределах 8он пеочано-супесчаных и суглинистых отложений сопровождается развитием подошвенных оползней

в краевых частях намывных сооружений, где мощность /город минимальна, ж подподошвенных - на основной жх площади. Однако высокая интенсивность нагружения суглинистых пород обусловливает формирование впереди отвального фронта воны в од о насыщенных "слабых" грунтов, дальнейшее отвадообразование на которых может приводить к появлению деформаций оседания о выдавливанием основания.

В глинистой зоне, верхняя чаоть которой сложена породами текучей консистенции, отсыпка отвалов практически воегда сопровождается деформациями ооедавия. На образовавшихся склонах из выдавленных намывных пород суглжниотого и гдиниотого состава происходят деформации оплывания.

Типизация гидроотвалов при обосновании направления инженерно-геологических исследований

13.    Инженерные изыскания для проектирования отвалов на гвдро-отвалах включают изучение инженерно-геологических условий намывных территорий с целью подучения исходных давках, обеспечивших определение оптимальных параметров новых инженерных сооружений (отвал+гидроотвал) и разработку рекомендаций по безопасному и экономически эффективному ведению отвальных работ. Под инженерно-геологическими условиями следует понимать совокупность природных

и горно-геологических условий, которые определяют характер эксплуатация отвалов на намытых территориях.

14.    Программа и методика последований на гидрооТвалах долины учитывать степень сложности инженерно-геологических уоловий. По отепеяи сложности гидроотвалов следует различать три категория инженерно-геологических уоловий: I - простые, П - средней сложности и Ш - сложные. В качестве критериев для разделения на категории сложности рекомендуются следующие факторы: I) степень ответственности гидроотвалов; 2) состав намывных пород; 3) степень уплотнения намывных пород (табл. 2). Первая группа факторов определяет общую значимость гидроотвала в генплане горно-добывающего предприятия с учетом вопросов охраны окружающей среды и безопасности горных работ. Так, гждроотвалы, расположенные в зоне влияния открытых и подземных горных работ, а также находящиеся в непосредственной близости от населенных пунктов, оледует относить

к категории оложных по инженерно-геологическим условиям. В качестве других факторов выбраны оостав и состояние пород гидроотвала (степень уплотнения), которые зависят от технологии гждроотвало-обравованжя (высоты и площади сооружения, интенсивности и опосо-

ба р.аыыва я т. д.) я обусловливают, в оововвом, физико-ыехавячес-вие овойства намывных отложений. Степень оложвооти определяют по оовокупвоотж факторов: если хотя бы один ив них имеет более высокую категорию, то мохво отвести гидроотвал к соответствующей •тому фактору категория.

Таблица 2

Категория с южнее тж

Степень ответственности сооружения

Преимущественный ооотвв намывных пород

Степень

уалотвввжя

намывных

ПОРОД

I

Гидроотвалы находятся вне воны влияния открытых

И П0Д86МЯЫХ горных работ

Песчаяо-

оупесчаный

I

П

Суглинистый

0,5-1

ш

Гидроотвалы находятся в воне влияния открытых и подземных горных работ (на бортах в призме возможного обрушения, в зоне подработки подземными горными выработками и т. п.)

Глиниотый

Менее

0,5

Примечание: Степень уплотнения - отношение величины ооадки гидроотвала на текущий момент к его конечной осадке.

15. Отвалы, как и другие сооружения, целесообразно проектировать в две стадии: на первой обосновывают необходимость строительства отвала, а на второй выполняют технический проект. Гидроотвалы о простыми (I) и средней сложности (II) яяжеявряо-ге о логическими условиями можно проектировать в одну стадию.

Инженерно-геодогичеокие изыскания, оопутотвующие проектным проработкам, следует также выполнять стадийно. На первой стадии обычно проводят рекогносцировочные исследования, а на второй -

предварительные, детальные и дополнительные. Главная цель предварительных исследований - изучить инженерно-геологическое отроение намывного сооружения. На этом этапе проводят буровые, полевые и лабораторные работы. Следующим этапом инженерных иаыоканий являются детальные инженерно-геологические исследования, первостепенную роль в которых отводят опытно-промышленным отсыпкам отвалов с целью изучить условия их устойчивости и консолидации, а также выявлению в лаборатории закономерностей изменения состояния и физико-механических свойств намывных отложений при их нагружении. По окончании указанных исследований по данным полевых и лабораторных изысканий необходимо провести инженерно-геологическое районирование гицроотвала, позволяющее детально оценить инженерно-геологические условия на различных этапах его нагружения "сухими” отвалами и обосновать расчетные параметры для проектирования.

Завершающим этапом инженерных изысканий являются дополнительные инженерно-геологические исследования. Они обычно следуют за рассмотрением и утверждением технического проекта одновременно с отвальными работами и служат для уточнения параметров сооружений я порядка ведения отвальных работ. На этом этапе необходимы не только наблюдения за устойчивостью внешних откосов инженерного сооружения (отвал+лщроотвал) ,но ж эа оползневыми деформациями первого и последующих рабочих ярусов, а также бурение инженерно-геологических окважян черев отвалы "сухих" пород с целью контроля изменения состояния и физико-механических свойств намывного массива.

П. ИНКЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧШКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Состав и объем инженерно-геологических исследований

I. Для инженерно-геологического изучения гидроотвалов о целью обосновать возможность и порядок их нагружения породами "сухой" вскрыши необходимо выбрать систему опробования, включающую установление количества проб намывных пород и меот опробования. Опробование гидроотвалов необходимо осуществлять кап путем отбора проб из буровых окважив для изучения их в лабораторных условиях, так и непосредственно определяя ооотояаде и свойотва пород в массиве.

2.    Ранее отмечено, что гвдроотвады обладают закономерной изменчив остью состава и инженерно-геологических свойств намывных пород в плане и по глубине. Изменчивость определяет технология Ядроотвалообразования ^см. равд. I, п. 2). Но режиму изменчивости оостава и свойств оледует выделить три типа гидроотвалов:

1)    изменчивость наблюдается только в одном направлении - по линии оноос материала ^это обычно характерно для рассредоточенного способа яаадва);

2)    изменчивость наблюдается “по вееру” (гадроотвалы намывались сосредоточенным способом);

3)    хаотичная изменчивость как в плане, так и по глубине (бессистемный намыв)*

Выделенные типы инженерно-гео логической изменчивости соотава и свойств пород в гидроотвалах требуют различного подхода к их опробованию: разных оиотем расположения буровых скважин и точек полевого изучения свойств, неодинакового количества проб и т. д.

Для гвдроотвалов первого типа буровые скважины и полевое опробование производится до пруда-ототойника по оетке, а в прудковой зоне - по линии перпендикулярной местам выброса пульпы. В третьем случае опробование всего гидроотвала необходимо проводить по сетке, огущаемой на ответственных участках. В особо ответственных меотах гидроотвалов (у дамб обвалования) инженерно-геологическое опробование следует выполнять по линиям, параллельным границам участков. Так, в приоткосной части гидроотвала инженерно-геологическое опробование необходимо проводить в призме возможного обрушения по линиям, параллельным дамбам обвалования.

3.    Шаг опробования гидроотвада в плане определяется видом инженерно-геологических работ и категорией сооружения по отепени сложности (см. табл. 3). Чаотота отбора намывных пород и пород основания гидроотвала из буровых скважин для лабораторных исследований определяется необходимостью получить достоверные показатели физико-механических свойств. Образцы следует отбирать из каждого визуально выделенного однородного олоя; при мощности его более

3 м - из каждого 3-метрового интервала /II/* В зоне тонкого переслаивания чаотота отбора должна составлять 20-25 ом на I м погонной длины скважины. Частота опробования полевыми методами различна для каждого не них: вращательный opes и 8ощдарованяе датчиками норового давления рекомендуется черев 1-2 м; прессяометричвекие испытания - одно в слое мощностью более I м и через каждые 5 м в однородных и тонкослоиотых отложениях.

4.    Специфика инженерно-геологического изучения гидроотвалов овязаиа о неоднородностью породного массива как в плане, так и по

Таблица 3

Вид инженерно-геологических работ

Количество точек опробовавий по категориям сложности инженерно-геологических условий гвдроотвала

I

П

О

Буровые работы (отбор образцов пород)

3

5

6

Полевые исследования фи зяк о-ме хан иче ск их свойотв (крыльчатка, отатическое зондирование, прессиомет-рия, радиометрия, зондирование датчиками)

6

т

Ю

Опытно-промышленные

эксперименты

Один эксперимент в Прудковой зоне

По одному эксперименту в каждой Д8 выделенных ЗОИ

Один-два эксперимента в каждой не выделенных 80В

глубине» аозтому целесообразно комплексно иопользовать полевые к лабораторные методы определения физико-механических и водных свойств намывных пород, причем полевые методы долины быть ориентированы на массовое опробование гидроотвала, в первую очередь для оценки его неоднородности. Влияние норового давления на изменение напряженного состояния пород гадроотвадов вызывает необходимость определять фильтрационные и консолидационные характеристики, иопользузмые для прогноза состояния намывного массива при его нагружении породами сухой вскрыши.

5. Для прогноза напряженно-деформированного состояния гидроотвалов при их нагружении, определения оптимальных параметров будущих сооружений, а также для разработки и проектирования технологических мероприятий по безопасному а эффективному отвало образованию необходимо определять следующие показатели.

Прочностные: полное сопрртивлениб одвигу X , УПа; параметры сопротивления одвигу:

угол внутреннего трения *f , граду о; оцепление    С,    УПа.

Деформационные:

коэффициент уплотнения а, , МПа'1; модуль деформации Е0, МПа.

Водно-фи8ич#скже:

коэффициент фильтрации 1^, 1^с; коэффициент водонасыщеяия G ; коэффициент пористости б .

Параметр, определяющий изменчивость во времени напряженно-деформированного состояния пород -

коэффициент консолидации , м^/о.

6» Перед определением расчетных характеристик устанавливают основные классификационные показатели намывных пород (гранулометрический и микроагрегатный состав). Кроме того, находят дополнительные показатели:

естественная влажность W , плотность J , г/см3; плотнооть минеральной части Ту , г/см1; пределы пластичности Wy , Wp » %•

На оовове этих данных вычисляет:

плотнооть скелета ]*ск , г/ом3;

плотность о учетом гидроотатического взвешивания J 9

Г/ОЫ3;

число пластичности д , % и показатель консистенции В.

7,    На первой стадии проектирования для предварительных оценок в качеотве расчетных параметров допускается использовать характеристики гидроотвадов-аналогов.

Изучение ооотавй и физико-механических овойотз пород отвалов, гидроотвадов и их оснований в лабораторных условиях

2/ накоплен большой обьем материалов по намывным отложениям данного района, что позволяет провести корреляцию физических характеристик о расчеткими показателями;

3/ невозможно отобрать образцы ненарушенного сложения.

Породы из скважин обычно отбирают с помощью буровых наконечников и грунтоносов, причем для предотвращения обводнения проб плотность глинистого бурового раствора должна составлять не менее 1,2 кг/ом3.

9.    Образны ненарушенного сложения в гидроотвалах рекомендуется отбирать тонкостенными цилиндрическими грунтоносами о заостренной снаружи режущей кроюой, которые обычно залавливают оо скоростью не более 0,5 н/млн. Согласно ГОСТу 12071-72 диаметр образца должен быть не менее 90 мм, а высота - не более трех диаметров.

Упаковка образцов ненарушенного сложения состоит в нанесении на образец изолирующего материала. В качестве последнего рекомендуется расплавленный парафин. Допускаетоя для изоляция монолитов использовать смесь парафина с гудроном (35-50%), а также парафина с вооком (25%), канифолью (10%) и минеральным маслом (5%). Образцы текучей и мягко-пластичной консистенции аеред упаковкой рекомендуется помещать в металлические корровионяостойкие или пластмассовые отакады.

Образцы грунта обычно транспортируют в ящиках. Свободное пространство между образцами должно быть заполнено влажными древесными опилками. Монолиты грунта при транспортировке и хранении не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям. Срок хранения упакованных монолитов (с момента их отбора до начала лабораторных испытаний) не должен превышать 1,5 месяца.

10.    Основным требованием для определения сопротивления сдвигу в лабораторных условиях является наиболее близкое соответствие условий испытания образца напряженному ооотоянию маооива отвала, гидроотвала иля их основания. Выполнение этого требования достигается выбором метода я схемы испытания. Существуют три основных схемы испытаний: I) конеолидироваяяо-дренировэнные;

2) коноолидированно-недренировавные; 3) неконоодмдированно-недрв-вировэнные.

Наиболее достоверные результаты могут быть получены при испытаниях по указанным схемам в приборах трехосного сжатия (отабядо-метрах), которые не только обеспечивают герметизацию испытываемого образца, во и дают возможность измерять величину избыточного порового давлении. Однако в связи с отсутствием оерийно выоуска-

вшх отабидомвтров и трудоемкостью экспериментов испытания в условиях трехосного сжатия применяют ограниченно. Массовые испытания намывных пород рекомендуется проводить на приборах одяоплоо-коотяого сдвига.

11.    Определение прочности на одноплосяостных срезных приборах по схеме яеконоолидированно-недреняроваяного сдвига производится бев предварительного уплотнения образцов с сохранением в процессе опыта постоянной плотности - влажности. Для этого необходима большая скорость деформирования (продолжительность опыта не превышает 2-3 мин). Эта схема рекомендуется для пород, характеризующихся быстрой консолидацией под нормальной нагрузкой (дресвяно-щебенистые и пеочаные отложения отвалов, дамб обвалования

и пляжа намыва), а также для глинистых пород текучей консистенции, уплотнение которых в гидроотвалах - длительный процеос.

12.    Одноплоскостные срезные испытания по схеме консолидиро-вавво-дренированяого одвига производится после предварительного уплотнения под нагрузками, соответствующими диапазону нормальных напряжений в гидроотвале, причем сдвиг выполняется при нормальных давлениях, равных уплотняющим. Эта схема приемлема для оценки прочности грунтов, консолидация которых завершена (при длительной эксплуатации гидроотвалов). Однако, эна имеет существенные недостатки, например, при опыте изменяется физическое состояние грунта, не учитывается давление, образовавшееся при сдвиге. Эти недостатки ограничивают применение данной схемы при исследованиях пород гидроотвалов.

13.    Схема консолидированно-ведренировэнного сдвига наиболее приемлема для исследований намывных грунтов. Испытания по ней обычно осуществляются в двух вариантах. Отличие в испытаниях при этом заключается в том, что по первому варианту образцы сре-заютоя яри нагрузках, равных уплотняющим, тогда как по второму -образцы сдвигаются под нагрузками, меньшими или равными уплотняющим. В последнем одучае коясолидироваяно-недренироваяные испытания наиболее достоверно моделируют условия работы пород в массиве, а также позволяют учитывать развивающееся при сдвиге норовое давление и оценивать изменение параметров сопротивления сдвигу ( 'Р и С) с ростом эффективных напряжений.

Сущнооть испытаний заключается в том, что породы предварительно уплотняются под нагруаками, равными напряжениям либо отмеченным в точке отбора образца, либо рассчитанным с учетом нагрузки от отвалов "сухой" вскрыши. Нагрузки предварительного уплотнения оледует вычислять по формуле:

Ш 622.271.46.624.134.4

Рекомендации до инженерно-геологическому обоснованию параметров отвалов сухих пород, отсыпаемых на гндроотва-лах. Л., 1985. 84 с. (М-во угольной пром-сти СССР. Все-ooi)9. ордена Трудового Красного Знамени иауч.-иоолед. ин-т горн, геомех. и маркшейд. дела).

Рассмотрена методика ивженерно-геологического изучения гидроотвалов и их оценки как основания сухих отвалов. Выявлена специфика намывных пород по их составу, состоянию и свойствам. Проанализированы закономерности деформаций отвалов, отоыпаемых на гндроотвалах. Предложена типизация гидроотвалов по сложности И8 изучения, ооставу и объемам инженерно-геологических исследований. Изложена методика полевых и лабораторных ияженеряо-геологических исоледо-ваняй. Разработана методика оценки устойчивости отвалов с учетом консолидации намывных пород в их основании. Обоснованы состав и регламент инженерно-геологических наблюдений, обеспечивающих безопасность и эффективность горных работ при различных схемах отвалообразонания. Рассмотрены вопросы рекультивации отвалов и гидроотвалов.

Работа обсуждена институтами УкрНИИдроект, МП!, ЛГУ,

ЛП1, Кузбасс гидрошахт, апробирована на предприятиях ПО Кемеровоуголь, рассмотрена Секцией Ученого совета ВНДОИ. Предназначена для производственных, проектных организаций и научно-исследовательских институтов Минуглепрома.

Ил. 20, табл. 6, библиогр. 2В.

(С) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела ВНИМИ. 1905.

n    I

где Jp - плотность намывных город, КГ/М ,* у - плотность намывных пород с учетом гидростатического взвешивания, кг/м3;

|'от - плотность пород отвала, кг/м3; Я, - мощность породы от поверхности гидроотвала до депрессионной поверхности, м;

кг - мощность породы от депрессионной поверхности до расчетной точки, и; bj - мощность пород отвалов, м; Ри - избыточное поровое давление, кг/м2.

После прекращения деформаций уплотнения (условно принято считать уплотнение завершенным при скоростях деформирования не более 0,01 ш/сут), образцы испытывают на одвиг под нагрузками, не превышающими уплотняющие. Рекомендуются следующие значения нормальных напряжений: Ю, 25, 40, 50, 75, 100% от величины нагрузки предварительного уплотнения; продолжительность опыта при одном нормальном давлении должна составлять 5-8 мин.

На одноплоскостных орезяых приборах со ступенчатой системой нагрузки касательные напряжения прикладываются ступенями о интервалом времени 30 с - I мин, при этом необходимо обеопечивать примерно постоянную скорость деформирования. Это усложняет работу исполнителей и требует их подготовки. Исключить эти трудности можно о помощью приборов, имеющих постоянную заданную скорость приложения касательной нагрузки. Одним из таких приборов является БП-33, выпускаемый 033 ВНШИ, который обеспечивает постоянную скорость сдвига I; 0,5; 0,1 и 0,01 мм/мин. Вертикальное давление создается подвижным грузом на уравновешенном рычаге о соотношением плеч 1:20. Касательная нагрузка на образец передается черев динамометр типа ДОСМ и фиксируется на нижней каретке с помощью индикатора часового типа. Размер коробки позволяет испытывать образцы диаметром 71,4 мм и высотой 35 мм.

По результатам сдвиговых испытаний серия образцов, предварительно уплотненных под одинаковой нагрузкой, строят криволинейный график % = f(6), который можно характеризовать тремя участками (рио. 2). Первый из них (0 - б" ) отвечает сопротивлению сдвига при наличии раотягивающнх напряжений. Значение 6 оледует определять по формуле /б/;

ВВЕДЕНИЕ

Наряду о увеличением добычи угля открытым опособом, важнейшими задачами топливно-энергетической промышленности являются рациональное использование природных ресуроов и охрана окружающей ороды. В овяаи о этим необходимо решать вопроо о рекультивации нарушенных и уменьшении площади задалживаемых земель и, в частности, под внешняэ отвалы и гидроотвалы.

Основным резервом горного отвода являютоя отарые гидроотвалы, занимающие только в Кузбассе более 3500 га. Отоыпка отвалов на гидроотвалах дает следующие положительные результаты:

-    уменьшение задалживаемых площадей сельскохозяйственных угодий;

-    значительное ускорение рекультивации территорий гидроотвалов пооле размещения на них внешних отвалов (без этого мероприятия гидроотвалы недоступны для механизмов в течение многих лет и даже десятилетий ввиду низкой несущей способности намывных по-род);

-    сокращение, как правило, расстояния транспортировки пустых пород.

Отвалообразование на слабом основании обычно сопровождается оползневыми явлениями, которые осложняют горно-технодогичеакяй процеоо и требуют специальных мероприятий, обеспечивающих безопасность и технико-экономическую эффективность отвальных работ. Разработка этих мероприятий должна базироваться на результатах комплексных инженерно-геологических исследований, позволяющих выявить оптимальность общей системы (естественное основание, гидроотвал, отвал), о одной стороны, и обоснованном применении соответствующей технологии отвадообразования, о другой.

В Рекомендациях освещен широкий круг методических вопросов, связанных с определением состояния и свойств пород гидроотвалов, а также с оценкой оптимальных параметров сухих отвалов, размечаемых на гвдроотвалах. Кроме того, рассмотрены наиболее характерные схемы эффективного и безопасного ведения отвальных работ, направления и способы рекультивации этих техногенных сооружений.

Рекомендации основаны на результатах исследований отвалов и гидроотвалов, производившихся ВШШ в течение двух десятилетий на. многих угольных месторождениях Союэа, в частности, на разрезах Куэбаооа.

I. ШЕНЕРНО-ГЕОЛОГМЧВС КАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРООТВАЛОВ КАК ОСНОВАНИЙ ДЛЯ ОТВАЛОВ СУХИХ 1ЮНЩ

Классификация отвалов и гвдроотвадов

I* Под отвалами понимают инженерные сооружения, являющиеся следствием планомерного складирования вскрышных горных пород. Отвалы подразделяются:

а)    по местоположению - на внутренние (отвалообразованже ведется в контурах карьере) и внешние (вне карьерного контура);

б)    по числу ярусов - на одно-, двух- ж многоярусные,

в)    по способу механизации отвальных работ - на плуждве (отвало-о б разевание ведется о помощью отвальных плугов) t экскаваторные

(о помощью механических лопат» драглайнов, абзетцеров, транспортно-отвальных мостов), бульдозерные, конвейерные (при конвейерном транспорте о помощью консольных отвалооораэоватедей, роторных метателей и пр.), гждромехаяи зато няне;

г)    по числу обслуживаемых вскрышных участков - на общие и групповые;

д)    по рельефу местности отвального поля - на равнинные и нагорные;

е)    по выооте - на низкие (до 20 M)v средней выооты (20-50 м) и высокие (овшне 50 м);

к) по составу и инженерно-геологическим овойотвам - на отвалы скальных и полуокалышх, песчаных, глинистых пород, а также отвалы пород особого состава, оостоянжя, свойств (гтаро-, соде-, эоло-отвалы и др.).

Отвальные работы по способу ведения принято разделять на две группы:

а)    отвадооСразоваяяе с обязательным обеспечением уотойчжвооти отвальных сооружений;

б)    отвалообразованже, допускающее управляемое деформирование откооов отвалов.

Отвалообразованже с контролируемыми деформациями обычно применяют, выполняя следующие условия:

а)    оборудование располагается вне призмы возможного оползания;

б)    технологическое оборудование (автомобили, бульдозеры и пр.) обладает мобильностью и находятся в призме возможного обрушения минимальный период времени;

в)    ополвневые деформации, возникающие на отвалах, происходят плавно и медленно.

2,    ГЖдроотвахы - ето инженерные сооружения, предназначенные для складирования вскрышных пород, разрабатываемых средствами гидромеханизации. Они состоят ив дамб обвалования, намытого массива, пруда-отстойника, пульповодов, водозаборных и прочих сооружений. Намывной маосив в плане принято разделять на зоны пляжа намыва, пруда-от стой кика и переходную между ними зону. Пляж намыва - часть гидроотвада, расположенная в непосредственной близости от меот выпуска пульпы, поэтому в намывных породах содержатся наиболее крупные чаотицы. Пруд-отстойник -внутренняя часть гидроотвала, сформировавшаяся из наиболее мелких фракций, ооаж-денных в подводных условиях. Для промежуточной зоны характерна неоднородность соотава в пространстве и по глубине, так как накопление ооадков здесь происходит в условиях изменения уровня и уреза воды в пруде.

3.    Существует мнолеотво специальных (технических) классификаций гвдроотвалов, составленных для условий строительства и эксплуатации намывных сооружений /15, 16, 21/, Намывные сооружения в них делятся по какому-либо одному признаку: по рельефу занимаемой местности, типу об валов в от, способу возведения и по высоте. При классификации гвдроотвалов целесообразно также упитывать их площадь, опоооб выпуска пульпе на карту намыва и интенсивность намыва. Площадь гвдроотвала и способ выпуска пульпы влияют на закономерности раскладки частиц в иироотвале, а интенсивность намыва, как известно, определяет фракционирование ж консолидацию намытых осадков

/3, 12, 15/. Таким образом, представленные классификационные характеристики (табл. I) охватывают основные факторы, которые необходимо учитывать, решая вопросы устойчивости гидроотвалов при их строительстве, эксплуатации ■ рекультивация.

Таблица I

Рельеф местности и тип обвалования

Способ возведения гед-роотвиа

Выоота

Площадь

Споооб выпуска пульпы на карту намыва

Интенсив

ность

намыва

Овражно балочный о односторонним обвалованием

Много-

яруонвй

Малая

(до 10 м)

Малая

(до 50 га)

Сосредото

ченный

(торцевой)

Низкая (менее I м/год)

Продоля. табл. I

Рельеф местности и тип обвалования

Способ возведения гидроотвала

Высота

Площадь

Способ выпуска пульпы на карту намыва

Интенсив

ность

намыва

На косогоре

Одноярус-

Средняя

Средняя

Рассредото-

Средняя

с 2- или 3-

ный

(Ю-ЗО м]

(50-

ченный

(1-5

сторонним

и боль-

200 га)

м/год)

ооваловани-

шая (свы

и боль-

и выоо-

ем

ше 30 м)

шая (бо

кая (бо-

Равнинный с 4-сторон-ням обвалованием

То же

То же

То же

То же

То же

В выработанном пространстве

я

п

я

к

я

Факторы, определяющие состав, состояние и свойства пород гидроотвалов

4.    Состояние и свойства отложений гидроотвалов зависят, главным образом, от их состава и активного физического и физико-химического взаимодействия минеральных частиц с водой. Состав намывных пород при этом определяется исходным составом вскрышных пород, технологическими процессами, предшествовавшими намыву, технологией гидроотвалообразования и геохимическими условиями в гид-роотвале. Физико-химическое взаимодействие между твердой и жидкой фазами породы наблюдается в развитии процессов и явлений на границе раздела фаз, в образовании структурных связей, которые определяют физико-механические свойства глинистых пород. Физическое взаимодействие воды и породных частиц - главный фактор при формировании свойств намывных отложений, выражающийся в изменении напряденного состояния массива за счет гидростатического взвешивания (гидродинамического давления).

5.    Основными технологическими факторами гвдроотвалообразова-ния являются фракционирование взвешенных частиц при намыве и интенсивность последнего. Фракционирование частиц при намыве приводит к закономерному изменению гранулометрического состава по

мере удаления от фронта намыва и зависит от спосооа выпуска пульпы ва карту намыва, концентрации пульпы и ев раохода от уклона поверхности пляжа, изменения положения уреза воды в пруде-отстойнике и пр.

Существует два способа выпуска пульпы на карту намыва: сосредоточенный и рассредоточенный. При первом выпуск пульпы производится из торца пульповода, в результате она движется не только в направлении, перпендикулярном дамбе обвалования, но и под углом к ней; в приоткосной части гидроотвала могут откладываться не только песчано-супесчаные, но и суглинистые, а также глинистые разности. Применение рассредоточенного спосооа выпуска обеспечивает равномерное по фронту осаждение частиц в пределах пляжа намыва, переходной зоны и пруда-отстойника.

Интенсивность намыва зависит от концентрации пульпы и ее расхода. Скорость намыва не только влияет на фракционирование, но и обусловливает процесс консолидации намывных пород. При высокой интенсивности намыва появляется избыточное норовое давление.

б. Горные породы, залегающие ниже уровня безнапорного потока подземных вод, испытывают воздействие сил гидростатического взвешивания, которое сводится, в конечном очете, к уменьшению сил трения. Действием сил гидростатического взвешивания обусловлены оползня откосов гидроотвалов, так как они, в основном, сложены материалом, обладающим большими коэффициентами внутреннего трения Iпески и супеси). На устойчивость пород пруда-отстойника, обладающих малыми коэффициентами внутреннего трения, гидростатическое взвешивание влияет меньше.

Гидродинамическое давление направлено вдоль линии тока и является векторной объемной силой, удельную величину которой определяем из соотношения:

Po = V-    <*>

где 3    -    градиент    напора,    yg    -    плотность    воды.

Гидродинамическое давление существенно влияет на изменение напряженного состояния откосов гидроотвалов, сложенных глинистыми породами, где величины градиентов могут быть значительными /17/.

Характерным проявлением гидродинамических сил в массивах намывных пород олужит избыточное поровое давление, возникающее как при намыве гидроотвалов, так и при дополнительном нагружении их породами сухих отвалов. Рассеивание избыточного порового давления связано со свойствами намывных отложений, отроением гидроотвала и его основания. В приоткосной зоне фильтрация происходит как в вертикальном направлении, так и в сторону откоса; это опо-

oo<3 о is ye т ускорению процесса фильтрационной консолидации (рассеивание порового давления). В других частях гвдротвалов (яона пруда-отстойника к часть промежуточной) породы характеризуются низкими значениями коэффициентов фильтрация, поэтому рассеивание избыточного порового давления происходит медленно.

7.    На формировании состава, состояния и свойств пород лздро-

отвалов дополнительно оказываются геоморфологические я метеорологические факторы: характер рельефа подошвы гвдроотвала, атмосферные осадки, теыдвратуряы.1 режим, ветровое воздействие.

Специфика деформаций отвалов при их отсыпке на территориях гидроотвадов

8.    На отвалах "сухой" вокрыщи при их размещении на гядроохвалах наблюдаются следующие виды деформаций (ряс. I): оползни; осе-




--. а



рис. I. Виды деформаций отвалов и гддроотвалов


дав же отвалов, вызванное выдав див аяием пород ях основания; вязко-плаотячеокое течение пород (оплывы) па олдонах гвдроотвала, образовавшееся в результате его деформироваажя по первоыу я второму тяпам; о зада и отвалов, связанные о процессам* консолидация насыпных я намывных пород.

Наиболее ответственны о точки зрения беэопаоностя отвальные работы пре оползнях я оседаниях, так как они происходят непосредственно на относах отвальных сооружений я осложняет функционирование технологического оборудования. Первый тип деформаций установлен при размещения отвалов на участках гидроотвалов, сложенных песчано-супесчаными ж суглинистыми отлохеняями, а второ! отмечается, в основном, в глинистой зоне, где верхняя часть раэре-эа представлена осадками текучей консистенции.

Деформации типа оплывов происходят на склонах, сложенных текучими намывными породами. Они не опасны для работаете го на отвале технологического оборудования, но в некоторых случаях представляют угрозу для 8давяЙ я строений, расположенных в непосредственной близости от гждроотвалов.

Последний тип деформаций - осада! - рассмотрев далее (раад.

П ж Ш>.

9. Опол8ии отвалов принято разделять в зависимости от положения поверхности скольжения относительно их подоавы на над половленные, подошвенные и подподопшенные /19/. В первом случае поверхность скольжения полностью формируется в породах отвала, при оползнях второго вида она в нижней чаоти проходят по слабому контакту отвал-основание, а в третьем случае поверхность скольжения формируется как в насыпных породах, так и в породах основания.

При отвело образовании на намывных территориях наиболее распространены подподонвенные оползни (ом. рно. I, а), хотя в краевых чаотях гидроотвалов, где мощнооть "слабых” пород минимальна, можно ожидать образования подошвенных оползней.

Наблюдениями аа оползневыми деформациями подподоввеввого типа, равнявающимиоя при ведении отвальных работ на территориях гидро-отвалов, установлено следующее:

а)    протяженность оползающего блока по фронту полностью определяется ниржной участка отвальных работ.

В пропеоое наблюдений выявлены оползневые блоки протяженность» от 30 до 100 м. Во воех случаях зти величины соответствовал протяженности учаотяа интенсивного отвалообразовавжя;

б)    ширина призм оползания составляет (0,8-2,0)И на автомобильных отвалах ж (0,4-0,6)Н - при отвало образов алии о помощью драглайнов;

1

   Рекомендуется отбирать образцы в основном ненарушенного оложения И8 скважин, шурфов ж горных выработок.

Основное требование к пробам нарушенного сложения - это сохранение их состава (минерального и гранулометрического), а также естественной влажности. Образцы нарушенного сложения допускается отбирать в оледутацих случаях:

X/ изыскания носят рекогносцировочный характер, предусматривающий определение только классификационных показателей;