Источник: http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:jpRDxpLbQ7AJ:www.ktu.edu.ua/
Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых сопровождается нарушением рельефа местности, режимаподземных вод и устойчивости контуров выработанного пространства карьеров и оснований отвалов. Только в Кривбассе открытыми горными работами нарушена территория площадью более 160 км2, которая нуждается в восстановлении и использовании.
Отставание сроков реализации проектов восстановления нарушенных горными работами земель приводит к «старению проектов» ликвидации карьеров, реконструкции отвалов и хвостохранилищ из-за изменения состояния геологической среды и наиболее важной ее составляющей: инженерно-геологических условий выработанного пространства карьеров, оснований отвалов и хвостохранилищ, которые, как правило, ухудшаются и требуют дополнительных мер по обеспечению безопасности восстановительных работ.
Одним из существенных недостатков действующих проектов ликвидации карьеров, реконструкции отвалов и хвостохранилищ является отсутствие разработанного нормативного регламента по безопасной эксплуатации восстанавливаемой территории и дальнейшего контроля за ее состоянием. Для разработки нормативного регламента необходимо выполнить паспортизацию нарушенных горными работами земель и осуществлять мониторинг сдвижения горных пород, обеспечивающего безопасное использование территорий [1].
Анализ исследований и публикаций. Современная техническая литература при описании нарушенных территорий не использует системного подхода при характеристике выработанного пространства карьеров, изученности осваиваемых земель под отвалы и хвостохранилища, в том числе подработанных подземными горными работами и подтопленных подземными водами [2,3]. Для осуществления анализа состояния нарушенных территорий для дальнейшего их использования необходимо выполнение обобщения опыта рекультивации земель и мер, обеспечивающих безопасность этих работ [4,5].
Таким образом, к основным требованиям по обоснованию безопасного состояния нарушенных земель открытыми горными работами следует отнести: установление состояния устойчивости бортов отработанных карьеров и отсыпанных отвалов; определение физико-механических свойств отвальных пород (свойства в массиве должны быть изучены ранее); характеристика возможного вида деформаций отвального массива и бортов карьеров; характеристика горно-геометрических параметров выработанного пространства карьеров; выполнение предварительного расчета длительной устойчивости отвалов при их наращивании и нагружении горнотранспортным оборудованием; инструментальные наблюдения за деформациями откосов; разработка мероприятий по безопасному ведению отвалообразования и влиянию на окружающую среду.
Постановка задачи. Целью статьи является разработка методики паспортизации и мониторинга сдвижения горных пород нарушенных земель для безопасного ведения горных восстановительных работ.
Изложение материалов и результаты. Паспортизация нарушенных горными работами земель в пределах границ горного отвода горнодобывающего предприятия включает: инженерно-геологическую изученность территории на период погашения карьера, оснований отвалов и дамб хвостохранилищ; причины нарушения устойчивости откосов на карьере и отвалах и результаты наблюдений за сдвижением горных пород в процессе эксплуатации карьера и формирования отвалов вскрышных пород.
На основании паспортизации разрабатываются паспорта маркшейдерских наблюдательных станций за устойчивостью участков восстановительных работ нарушенной территории. Паспорт включает: объект наблюдений; цель наблюдений; дату закладки станции, серии и периодичность наблюдений; план и разрезы по линиям наблюдений; расчеты точности определения координат опорных и рабочих реперов; методы и схемы наблюдений; способы обработки конечных результатов смещений рабочих реперов; измерительные приборы и инструменты; выводы и суждения о состоянии нарушенной горными работами территории; рекомендации по безопасности восстановительных работ.
Одним из основных вопросов мониторинга сдвижения горных пород нарушенных территорий открытыми горными работами является установление периодичности наблюдений, зависящий от активизации процесса сдвижения под влиянием следующих факторов: снижения прочности массива горных пород и пород основания отвала; завышения проектных результирующих углов наклона бортов карьера и отвала; сейсмического воздействия технологических взрывов или разрушительного землетрясения (в сейсмически опасных регионах); гидродинамического воздействия подземных вод подтопление откосов прудковых зон отработанных карьеров и отвалов; нарушения устойчивости бортов карьера и отвала за счет подрезки нижних уступов и ярусов горными работами.
Инструментальный опыт обобщения маркшейдерских наблюдений за процессом сдвижения горных пород на карьерах и отвалах показывает, что в зависимости от вида воздействия силовых факторов на устойчивость откосов скорости смещений рабочих реперов и величины полных векторов смещений изменяются в широких пределах на стадиях пассивного и регрессивного деформирования (табл. 1) [1].
Приведенные результаты получены на наблюдательных станциях, где начало процесса сдвижения определено по обнаружению трещин растяжения и горизонтальным деформациям без образования ступенек бортов трещин, которые приняты за пассивную стадию деформирования с коэффициентом запаса устойчивости ниже нормативной величины, равной 1,3. Однако существенной характеристикой пассивной стадии деформирования следует считать скорость смещения в пределах 1,5 мм/сут, а скорости, равные более 4,5 мм/сут, отражают регрессивную стадию.
На величину полных смещений векторов значительное влияние оказывают снижение прочностных характеристик свойств массива горных пород, сейсмическое воздействие, завышениепроектных результирующих углов наклона бортов карьеров и отвалов и снижение параметров призмы упора, вызванной ее подрезкой или частичной выемкой.
«Гидростатическое взвешивание» от подземных вод проявилось при подтоплении откоса песчано-глинистых пород на высоту более ее 0,2 части, а гидродинамическое влияние подземных вод оказало влияние на устойчивость откоса при обводнении массива с высоким гидравлическим градиентом (более 1) в пределах призмы возможного оползания. Для выбора начала регрессивной стадии развития процесса сдвижения горных пород рассмотрим полулогарифмический график (рис. 1) с точками излома прямых изменения скоростей смещения реперов на поверхностях откосов. Изменения скоростей смещений в заключительной стадии разрушения откосов в 4-87 раз превышают их величины на пассивной стадии деформирования массивов горных пород и их отвалов (табл. 2).
Анализ табл. 2 показывает, что полученные отношения для различных условий и видов воздействия на устойчивость откосов можно использовать при определении периодичности инструментальных наблюдений. Кроме этого, периодичность наблюдений должна устанавливаться с учетом возможного коэффициента излома i «прямой» изменения скоростей смещения реперов поверхности откосов. Так, периодичность наблюдений за смещениями с коэффициентом i, равным менее 2,0, должна быть реже, чем с коэффициентом i, равным более 3,6. Выводы и направления дальнейших исследований. Таким образом, безопасность открытых горных работ при восстановлении нарушенных территорий обеспечивается при использовании в проектах ликвидации карьеров, реконструкции отвалов и хвостохранилищ данных паспортизации и мониторинга сдвижения горных пород. Периодичность инструментальных наблюдений базируется на результатах изучения факторов, влияющих на устойчивость откосов, определяемых параметрами сдвижения горных пород (t,V,A,i).
1. Астафьев Ю.П. Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых // Астафьев Ю.П., Попов Р.В., Николашин Ю.М. — К.: Донецк: Вища школа, 1986. — 272 с.
2. Дриженко А.Ю. Восстановление земель при горных разработках. — М.: Недра, 1985. — с. 176-191.
3. Дриженко А.Ю. Открытая разработка руд Украины: состояние и пути совершенствования // Дриженко А.Ю., Козенко Г.В., Рыкус А.А. — Полтава: Полтавський літератор, 2009. — с. 362-447.
4. Правила безпеки при розробці родовищ корисних копалин відкритим способом. — К.: Норматив, 1994. — с. 10-14, 15-18, 74-77.
5. Пивень В.А. Геомеханический мониторинг Ингулецкого железорудного месторождения / Пивень В.А., Романенко А.В., Николашин Ю.М. // Разраб. рудн. месторожд., 2004. — Вып. 85. — с. 142-146.