Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Инженерно-геологическое обоснование размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши Старооскольского железорудного района

ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Инженерно-геологическое обоснование размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши Старооскольского железорудного района"

На правах рукописи УДК 624.131.1

ЛОКТИОНОВ СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ И КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРОД СКАЛЬНОЙ ВСКРЫШИ СТАРООСКОЛЬСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО РАЙОНА (НА ПРИМЕРЕ ЛЕБЕДИНСКОГО ГОКА)

Специальность 25.00.16. - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 0ДПР2СЗЗ

Москва-2009

003468335

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

(МГГУ)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Щёкина Марина Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шпаков Петр Сергеевич кандидат технических наукТухель Екатерина Андреевна

Ведущее предприятие - ФГУП ВСЕГИНГЕО - Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский НИИ гидрогеологии и инженерной геологии Федерального агентства по недропользованию МПР России (МО, пос.Зеленый).

Защита диссертации состоится ^¿ШД-' 2009 г. в«час. на заседании диссертационного совета Д-212.128.04 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан чЛйанМмт

г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

БубисЮ.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 крупнейшем железорудном предприятии РФ - ОАО «Лебединский горно-обогатительный комбинат» по состоянию на 2008 г. скальная вскрыша отрабатывается в объеме 10,2 млн.м3 в год, из них рационально используется для производства щебня лишь 1,6 млн.м3 и 0,25 млн.м3 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.м3.

Основным материалом дамб хвостохранилищ ГОКов КМА являются крупнозернистые хвосты. В ближайшей перспективе высота дамб из-за ограниченности земельных отводов достигает 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 удельная сдуваемость С, расстояние от объекта I для достижения ПДК по пыли соответственно составляют 4,3 м/с, 6,3 мг/с -м2,7 км и 5,9 м/с, 32,7 мг/с м2,15 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 N21 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 литоложческих разностей на их прочностные характеристики, а для оценки прочностных и деформационных характеристик фунтов 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 отвально-хвостовом хозяйстве при формировании пористого штампа на намывных и естественных слабых основаниях отвальных насыпей, а также при возведении ограждающих дамб хвостохранилищ и гадроотвалов. 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, обеспечивающие 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 проектно-изыскательских работ по инженерно-геологическому изучению основания и тела отвального сооружения;

- натурные и лабораторные исследования фунтов 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 отвапьно-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 коллешв кафедры геологии МГГУ и к.т.н., доц. Дергилева М.А. за помощь при проведении исследований и поддержку настоящей работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Инженерно-геологические и геомеханические аспекты формирования отвалов и хвостохранилищ являлись предметом исследований многих специалистов - Г.А.Нурока,

A.М.Гальперина, В.Г.Зотеева, Ю.И.Кутепова, В.И.Стрельцова, Е.А. Кононенко, С.Г.Аксенова, В.С.Зайцева, В.В.Мосейкина, Ю.В.Кириченко, О.Ю.Крячко,

B.Н.Капишевского, Е.П.Щербаковой, МАДергилева, ЮЯДьячкова, А.В.Киянца, В.П.Будкова, СЯЖилина, С.Е.Жданова, Б.КЛапочкина, А.В.Демченко, НАКутеповой,

М.В.Щёкиной, М.В.Медяника, В.В.Ермошкина, А.В.МогиЛина, В.П.Жарикова, А.И.Федосеева, А.А.Саркисяна и др.

К числу зарубежных специалистов, занимающихся вопросами технологии формирования намывных горнотехнических сооружений с учетом инженерно-геологических факторов, следует отнести Г.Ритси (Канада), А.Пенмана (Великобритания), Р.Виллиамсона (ЮАР), ХАбаджиева (Болгария), Г. Ногуэра (Чили), Ф. Де Мелло (Бразилия) и др.

При эксплуатации отвально-хвостового хозяйства большое значение имеет надежность оснований отвалов и хвостохранилищ. На объектах Лебединского ГОКа естественные и намывные основания изучались в ходе инженерно-геологических изысканий и научных исследований, выполненных различными организациями: Укргидропроект, ВИОГЕМ, Центрогипроруда, НИИКМА, МГИ-МГГУ, ВНИМИ, ВСЕГИНГЕО. Объектами исследования являлись основания и намывные массивы гидроотвалов №1, 2, «Балка Чуфичева», «Березовый Лог», «Балка Безымянная» и действующего хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК».

В конце 20 - начале 21-го веков весьма значительный объем экспериментальных и расчетных работ на объектах Л ГОКа был выполнен кафедрой геологии МГИ (с 1993 г. - МГГУ). В состав этих работ входили: инструментальные определения осадок намывного массива крупнейшего в мире гидроотвала «Березовый Лог», заполненного к 1987 г. по предложенной МГИ технологии, инженерно-геологическое районирование этого гидроотвала и гадроотвала «Балка Чуфичева», комплексное зондирование намывных массивов и их оснований комбинированными зондами МГГУ-ДИГЭС, стационарные замеры порового давления, в т.ч. с применением системы удаленного контроля, лабораторные испытания естественных и техногенных фунтов (компрессионно-фильтрационные, сдвиговые, трехосные), пенетрационно-каротажные испытания.

Для формирования дамб и отвалов из пород скальной вскрыши и отходов ее переработки необходимо определять геометрические параметры откосов с учетом инженерно-геологических характеристик пород оснований. Оценивая в целом результаты выполненных в большом объеме инженерно-геологических изысканий, необходимо отметить существенный их недостаток, а именно отсутствие лабораторных

определений коэффициента фильтрации глинистых пород основания ограждающих дамб хвостохранилища и гидроотвала, пастообразных глинисто-меловых пород гадроотвала и намывных хвостов, представленных преимущественно пылевато-глинистым материалом, под различными нормальными нагрузками.

Для оценки прочностных и деформационных характеристик грунтов естественных и намывных оснований впервые в горнотехнической практике применен прогрессивный метод комплексного зондирования - пенетрационного каротажа станцией СПК-Т (разработка ВСЕГИНГЕО). Пройдено 10 зондировочных скважин в основании ограждающей северо-западной дамбы хвостохранилища и в намывном массиве 3-й секции гидроотвала «Березовый Логе. При оценке состояния этого гидроотвала ранее (до 2005 г.) использовались различные варианты комбинированных зондов МГИ и МГГУ-ДИГЭС, с помощью которых определялось сопротивление сдвигу (вращательному срезу) и пенетрации, а также поровое давление. Натурными экспериментами установлены значения характеристик сопротивления сдвигу и модуля деформации фунтов различного состава и состояния.

Результаты полевых работ были дополнены данными лабораторных исследований, включавших комплекс определений водно-физических свойств фунтов оснований, компрессионных и сдвиговых характеристик на приборах плоскостного среза и трехосного сжатия (автоматизированная модификация универсального стабилометра ВИОГЕМ:УСВ-2). После анализа результатов проведенного комплекса исследований установлены расчетные характеристики сопротивления сдвигу фунтов оснований.

На широкоплоскостной сдвиговой установке (ШСУ), сконструированной и изготовленной в НИИКМА, выполнен значительный комплекс определений сопротивления сдвигу окисленных кварцитов, смесей кристаллических и выветренных сланцев, а также смесей этих пород с наиболее слабыми разностями, представленными филлитовидными сланцами.

На основании проведенных исследований установлено, что окисленные кварциты и породные смеси кристаллических и выветренных сланцев при естественной влажности имеют высокие значения угла внутреннего трения (32-27°). Следует отметить, что при нормальных нагрузках до 5-6 кг/см2, окисленные кварциты имеют угол внутреннего

трения 39-35°, который снижается при нагрузках 11-13 кг/см2 до 34-31°. Угол внутреннего трения преимущественно выветренных сланцев после предварительного водонасыщения в течение 72 часов снижается до 20°.

Установлено отрицательное влияние содержания в породах скальной вскрыши наиболее слабой разности - фиппитовидных сланцев, на угол внутреннего трения. При содержании филлитовидных сланцев в породных смесях скальной вскрыши до 15% они не оказывают существенного влияния на снижение угла внутреннего трения, а при их содержании 20% угол внутреннего трения смеси снижается до 20°. Работами институтов Укргидропроект, НИИКМА, ВНИМИ, РосНИИВХ, УкрНИИпроект установлено, что существенное снижение прочностных свойств пород скальных, обломочных, гравийных и песчаных грунтов происходит при наличии в смеси или в качестве заполнителя пор от 15 до 30% наиболее слабых глинистых разностей.

Наиболее слабые филпитовидные разности в крепких породах скальной вскрыши приближаются к аллювиальным глинам и по данным полученных результатов исследований на ШСУ 2500 их содержание в скальных породах ограждающих дамб не должно превышать 15-17%, так как при этом не будет существенного снижения прочностных свойств пород скальной вскрыши, рекомендуемой к использованию для пригрузки низовых откосов гидроотвалов и опережающей отсыпки ограждающих дамб хвостохранилища.

Проведен комплекс инженерно-геологических исследований отходов переработки скальной вскрыши (кварцитопесчаников и сланцев), включавший определение водно-физических и механических свойств отходов технологических линий ДСУ, ДСФ, САДЛ и ПДСУ.

Произведен анализ представительных проб 2-х технологических линий - ДСУ (исходный материал - кварцитопесчаники) и ДСФ, а также проб технологических линий САДЛ - 6 шт. и ПДСУ - 4 шт. в виде песчано-щебеночных смесей (исходный материал -сланцы). Общий вес проб превышал 300 кг.

Анализ результатов статистической обработки данных полного остатка на ситах карьерных отходов показал:

а) для линии ДСУ (кварцитопесчаники)

• для выхода фракций 20 мм, 10 мм и 5 мм характерно логнормальное распределение случайной величины при крайне неравномерном распределении (коэффициент вариации составляет соответственно 456,6,274,0 и 179,9%);

• для выхода фракции .2,5 мм также характерно логнормальное распределение, однако коэффициент вариации значительно ниже - 78,79% (неравномерное распределение);

• для фракций 0,63 - < 0,05 мм установлен нормальный закон, коэффициент вариации менее 34% (равномерное распределение);

б) для линии ДСФ (сланцы)

• для выхода фракций 20 мм и 10 мм характерно логнормальное распределение случайной величины при крайне неравномерном и весьма неравномерном распределении (коэффициент вариации составляет соответственно 400,2 и 118,3%);

• для фракций 10 - < 0,05 мм установлен нормальный закон равномерного распределения (коэффициент вариации изменяется от 25,68 до 4,08%).

Суммарные (кумулятивные) кривые гранулярного состава отходов линий ДСФ, ПДСУ и САДЛ свидетельствуют о близости грансостава этих линий и о существенном различии коэффициента неоднородности отходов линии ДСУ К^бойю (кварцитопесчаники, Кн=20,8) и трех других линий (сланцы, Кн=80) (Рис 1 а,б).

Установлены обобщенные значения коэффициентов фильтрации для отходов линии ДСУ КфР^=10,2 м/сут и для группы линий ДСФ, ПДСУ, САДЛ КфР»"=4,7 м/сут и показателей пористости, влажности, плотности, водонасыщенности исследованного материала.

На основе регрессивного анализа компрессионных зависимостей коэффициента пористости е от уплотняющей нагрузки Р (МПа) в качестве расчетных приняты следующие линейные модели:

- для группы линии ДСФ е = 0,55 - 0.23Р;

-для линии ДСУ в = 0,44 — 0.13Р.

Также установлены характеристики сопротивления отходов сдвигу (табл. 1).

О - ДСФ

Рис. 1(а). Кумулятивная кривая грансостава отходов линии ДСФ, ПДСУ и САДЛ

- о + ДСУ

Рис. 1(6). Кумулятивная кривая грансостава отходов линии ДСУ

Таблица 1

Характеристики сопротивления сдвигу карьерных отходов

^Характеристики N. отходов Технскч логаческтеч линии \ С, МПа Бс, МПа Ср, МПа Бр Ур.% 1д<рр <Рр. ФЗД

ДСФ, САДП, ПДСУ 0,00205 0,00024 11,50 0,0018 0,98 0,024 2,45 0,84 40

ДСУ (сухие пробы) 0,0027 0,00038 14,1 0,0023 0,864 0,10 11,6 0,76 38

ДСУ . (в/нас.пробы) 0,00197 0,00024 12,6 0,0017 0,83 0,085 10,0 0,75 37

Установлены следующие возможности многоцелевого использования отходов переработки скальной вскрыши:

- валовое складирование в отвалах рыхлой и скальной вскрыши, что приведет к повышению устойчивости насыпей с учетом установленных фильтрационных и прочностных свойств исследованных отходов;

- формирование пористых штампов при подготовке слабых естественных и искусственных (намывных) оснований для размещения на них отвалов рыхлых и скальных пород. Предлагается разместить около 1,2 млн.м3 отходов на территории ядерной зоны гидроотвала № 1 ЛГОКа с целью отсыпки в этой зоне отвала рыхлой вскрыши общей высотой не менее 30 м;

- перекрытие намывными отходами внутренней зоны действующего тдроотвала при его посекционном заполнении, а также создание разделительных дренажных призм из исследованных отходов путем их отсыпки или намыва. Прогнозный уклон намыва для отходов линии ДСУ и группы линии ДСФ (ПДСУ, САДЛ) с учетом данных по объектам-аналогам составляет соответственно 1:25 -И :50 и 1:20 +1:25.

Результаты экспериментальных исследований использованы при многовариантных расчетах устойчивости дамб из скальных пород.

При наращивании хвостохранипища рассматривались варианты наращивания до отметки гребня дамбы У262м. При этом с учетом изменения рельефа ложа хвостохранилища высота дамбы на северо-западном участке меняется для принятых

расчетных вариантов в диапазоне 60-50-35 м при генеральных углах наклона низовых откосов скальных дамб 18,16 и 14°.

Выполнены расчеты устойчивости дамб различной высоты для 3-х случаев ширины пляжа методами алгебраического суммирования и многоугольника сил: и = 20м;и = 100м^ = 200м.

В качестве расчетных характеристик физико-механических свойств приняты-скальные породы дамбы выше кривой депрессии -у = 2,2 т/м3; ф = 31 С = 0,3 т/м2; скальные породы дамбы ниже кривой депрессии -у — 2,2 т/м3; ф = 28°; С = 0,2 т/м2; суглинки основания водонасыщенные-у = 1,8 т/м3; ф = 20°; С = 2,5 т/м2; намывные хвосты у = 2,0 т/м3; ф = 8,5°; С = 0,8 т/м2. Пример одного из вариантов расчетов дан на рис. 2. Результаты расчетов обобщены и представлены в виде зависимостей трПи На, рг) (рис. 3). Установлено, что оптимальный угол наклона низового откоса дамбы рг = 16°. При этом для любой высоты дамбы в диапазоне На = 60-35 м и ширине пляжа намыва 1»п 100 м обеспечивается надежная эксплуатация хвостохранилища. Полученные зависимости описываются следующими эмпирическими формулами: На= 50 м г\ = 2,536 +1,63 ■ 10~3 Ь„ - 2,68 • 10-61?п - 8,075 -10~г ■ ¡Зг\ На= 60 м 1] = 2,857 + 1,5-10"31,я -1,87 • 1-1,014 • 10"2 • рг. Полученная зависимость при высоте дамбы На = 35 м при прочих равных условиях свидетельствует, что коэффициент запаса устойчивости дамбы значительно превышает нормативный (рис.3).

Одним из возможных направлений использования отходов переработки скальной вскрыши является формирование из них пористых штампов при подготовке слабых (искусственных и естественных) оснований для размещения на них отвальных насыпей рыхлых и скальных пород.

Ввод дан и tix

*л= 170, .67

чд= 261, .05

188 .24

ув= 24D, .6»

хр= 339. .73

ус= 196. . 20

384, , SO

II 'sQ 203. .00

хп= 304. 42

«о= 340. ,75

Нвтод

Нехоа многоуг. ftw/i К„,.= 1.П«)

Рис. 2. Пример расчета устойчивости дамбы

V

1,7" 1,6-1 1,5 1,4 1,3 1,2" 1,11,0" 0,9

60 м ¡3 г=14°

¿Зг=16° /?Г=16°

/?г=18°

/?г=18° j6r=I8°

50 м 60 м

0 50 100 150 200 Ln,M Рис. 3. Зависимости коэффициента запаса устойчивости дамбы от ширины пляжа Ц высоты На, генерального угла откоса (Зг

При оценке устойчивости сухих отвалов, размещаемых на слабых намывных основаниях, а также при решении вопросов рекультивации внутренних зон гидроотвалов и хвостохранилщ необходимо выполнить проверку несущей способности фунтов с использованием методов предельного напряженного состояния и теории консолидации.

Перспективным объектом для формирования пористого штампа из отходов переработки скальной вскрыши на щебень является ядерная зона гидроотвала № 1 ЛГОКа, где планируется размещение отвалов рыхлой вскрыши общей высотой около 60 м. Площадь ядерной зоны этого законсервированного с 1964 г. гадроотвала составляет примерно 30 га. Укладка на намывное основание пористого штампа из отходов толщиной 4 м позволит обеспечить беспрепятственное формирование на нем 2-х отвальных ярусов. Как следует из формулы для оценки несущей способности оснований и построенного по ней графика, при характеристиках сопротивления сдвигу

отложений ядерной зоны ср = 12,5° и С = 1,5 т/м2 и коэффициенте пригрузки («-^/ = 5,

где я = 4-1,9 = 7,6 т/м2) отношение Рпр/С = 40 и величина допустимой нагрузки от отвала на основание Рда = 40С/г| = 60/1,2 = 50 т/м2, т.е. допустимая высота отвальной насыпи в ядерной зоне Но»30 м.

Установлена возможность размещения на намывном массиве гадроотвала N91 дополнительно около 17 мпн.м3 рыхлой вскрыши (при наличии пористого штампа).

Использование скальной вскрыши для опережающей отсыпки ограждающей дамбы хвостохранилища в объёме 23,7 млн.м3 (12,2 млн.м3 - до отметки 232 м и 11,58 млн.м3 - до отметки 262 м) с допустимыми результирующими углами откосов 24° -внутреннего и 16° - внешнего позволит сократить средневзвешенную дальность её транспортирования на 5 км (рис. 4). При этом технология формирования ограждающих дамб на северо-западном участке не отличается от технологии формирования многоярусного отвала №1.

Практическая реализация предложенного варианта размещения скальной вскрыши позволит значительно снизить транспортные затраты, несоизмеримые с капитальными на строительство железнодорожного перегона протяженностью 1 км.

Рис. 4. Схема фактического и перспективного развития намывных горнотехнических сооружений и отвала скальной вскрыши:

1 - контуры головной ограждающей дамбы хвостохранилища; 2 - проектные контуры ограждающих дамб; 3 - разделительные (межсекционные) дамбы; 4 - контуры ограждающей дамбы строящегося годроотвала; 5 - контуры ограждающей дамбы перспективного намыва гидроотвала; 6 - рекомендуемый контур опережающей отсыпки ограждающей дамбы из пород скальной вскрыши; 7 -фактические контуры отсыпки отвала скальной вскрыши; 8 - фактический контур земельного отвода под отвал скальной вскрыши; 9 - пункт производства щебня из пород скальной вскрыши; 10 - контур отвала окисленных кварцитов; 11 - контур III секции гидроотвала «Берёзовый Лог»; 12 - ж.д. коммуникации фактические; 13 - ж. д. коммуникации для перспективной отсыпки скальной вскрыши в ограждающие дамбы северо-западного участка; 14 - контуры поселка «Заповедный»; 15 - граница санитарной зоны заповедника «Ямская степь»; 16 - песчаная призма секционного деления гидроотвала «Берёзовый Лог»; 17 - проектный контур перспективного размещения скальной вскрыши; 18 - линия расчетного профиля ограждающей дамбы максимальной высоты

Кроме того, на участках отсыпки ограждающей дамбы из скальной вскрыши исключается применение трубчатого дренажа протяженностью 4,3 км, предусмотренного проектом для предотвращения фильтрационных деформаций откосов из намывных хвостов, т.к. в откосах скальной вскрыши уровень фильтрующихся вод будет весьма незначительным, фильтрационные деформации в откосах исключаются, а отвод профильтровавшейся в основании откоса воды может осуществляться самотеком по нагорной канаве.

Экологические преимущества упомянутого варианта размещения скальной вскрыши заключаются в отсутствии необходимости рекультивации откосных зон из скальных пород на площади 47 га, т.к. для предотвращения пыления откосов ограждающих дамб из хвостов обогащения требуется незамедлительная рекультивация в процессе намыва хвостохранипища.

На основе использования результатов исследований МГГУ процесса уплотнения намывного массива 3-й секции установлена возможность безопасного размещения скальной вскрыши с отсыпкой железнодорожного яруса высотой 10 м и предотвалом 5 м с формированием его от периферии к фильтрующей призме, разделяющей секции.

При этом на 3-й секции ждроотвала на 1-м этапе отсыпки на площади 200 га возможно размещение до 30 млн.м3 вскрыши при сокращении средневзвешенного расстояния её транспортирования на 3,8 км.

Размещение яруса скальной вскрыши на 3-й секции гидроотвала ускорит завершение процесса уплотнения его породных масс и обеспечит дальнейшее размещение вскрышных пород при более высоких значениях отметок отвальных ярусов (второй этап отсыпки).

Экономическая эффективность разработанных в результате проведенных исследований рекомендаций составляет 44 млн.руб в год (табл. 2).

Таблица 2

Варианты оптимальных условий размещения скальной вскрыши Дополнительные капитальные затраты, млн. руб. Сокращение затрат, млн. руб. Время погашения капитальных затрат, мес. Продолжительность отсыпки скальной вскрыши, лет

Вид затрат Стоим ость, млн. руб. Вид затрат Годовой объём размещения (использован ия скальной вскрыши, млн. м3) Годовой эффект, млн. руб.

1. Увеличение высоты двух отвальных ярусов отвала от 20 до 30 м Сокращение объёма путепереукладочных работ на 15% 1,75 3 13

2. Размещение 24 млн. м3 скальной вскрыши в ограждающие дамбы хвостохранилища на северо-западном участке перспективного намыва Строительство капитального ж.д. пути протяженностью 1 км с врезкой 2-х стрелочных переводов 8,2 1. Сокращение средневзвешенной дальности транспортирования скальной вскрыши на 5 км 2. Исключение строительства трубчатого дренажа протяженностью 4,3 км 3,5 29,7 -4 6,8

3. Размещение 22,5 млн.м3 скальной вскрыши на 3-й секции гидроотвала «Березовый Лог» Строительство капитального ж.д. пути протяженностью 0,9 км с врезкой 1-го стрелочного перевода 6,9 Сокращение средневзвешенной дальности транспортирования скальной вскрыши на 3,8 км 1,75 11,3 ~8 12,9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи инженерно-геологического обоснования размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши для обеспечения экологической и промышленной безопасности отвально-хвостового хозяйства.

Основные научные и практические результаты и выводы, полученные лично соискателем, заключаются в следующем:

1. Для обеспечения устойчивости дамб и снижения пылевыделения с поверхности хвостохранилищ при наращивании откосных сооружений предложено использовать скальную вскрышу, а отходы ее переработки на щебень - в качестве пористого штампа при отсыпке отвалов на намывных основаниях.

2. Для оценки прочностных и деформационных характеристик пород естественного основания дамбы (суглинков) и намывного массива глинисто-меловых фунтов впервые в горнотехнической практике применен пенетрационный каротаж станцией СПК-Т (разработка ВСЕГИНГЕО). Обработаны данные по 10 точкам пенетрационного каротажа (ТПК) и сопоставлены с результатами комплексного зондирования комбинированным зондом МГГУ-ДИГЭС, испытаний на приборах плоскостного среза и трехосного сжатия. Получена удовлетворительная сходимость (расхождение менее 10%) между характеристиками сопротивления сдвигу, полученными с помощью СПК-Т, зонда МГГУ-ДИГЭС и неконсолидированно-недренированных трехосных испытаний на стабилометре УСВ-2.

3. Установлено, что окисленные кварциты и породные смеси кристаллических и выветрелых сланцев при естественной влажности имеют высокие значения угла внутреннего трения (ф=32-27°), при этом наблюдается отрицательное влияние содержания в породах скальной вскрыши наиболее слабой разности - филлитовидных сланцев. Выявлено, что при содержании филлитовидных сланцев в скальной вскрыше до 15%, они не оказывают существенного влияния на снижение угла внутреннего трения.

4. Проведена статистическая оценка фанулярного состава представительных проб отходов переработки скальной вскрыши на щебень для 4-х технологических линий - ДСУ (исходный материал - кварцитопесчаники) и ДСФ, САДЛ и ПДСУ (сланцы).

Приведены гистограммы распределения выхода фракций и их статистические характеристики. Анализ результатов обработки данных полного остатка на ситах показал, что для линии ДСУ выход фракций 20-2,5 мм характеризуется логнормальным распределением, а для фракций 0,63 - <0,05 мм - нормальным законам равномерного распределения. Для карьерных отходов группы ДСФ для выхода фракций 20 мм и 10 мм установлено логнормальное распределение, а для фракций 5 - 0,05 мм - нормальный закон равномерного распределения.

5. Установлены обобщенные значения коэффициентов фильтрации для отходов линии ДСУ КфР^Ю.2 мУсут и для группы линий ДСФ, ПДСУ, САДЛ КфРасч=4,7 м/сут и показателей пористости, влажности, плотности, водонасыщенности исследованного материала.

На основе регрессивного анализа компрессионных зависимостей коэффициента пористости е от уплотняющей нагрузки Р (МПа) в качестве расчетных приняты следующие линейные модели:

- для группы линии ДСФ е = 0,55 - 0,23Р;

-для линии ДСУ £ = 0,44-0,13Р.

Установлены следующие расчетные характеристики сопротивления сдвигу отходов: для линии ДСУ фР=37°; Ср=0,0017 МПа; группы линий ДСФ фр=40°; Ср=0,0018МПа.

6. С учетом использования скальной вскрыши для опережающей отсыпки ограждающих дамб выполнены многовариантные расчеты устойчивости откосов. Установлены зависимости коэффициента запаса устойчивости ц от высоты дамбы Ня, генерального угла наклона внешнего откоса рг и ширины пляжа и. Определен огтшмальный угол низового откоса Рг=16°. При этом для любой высоты скальной дамбы в диапазоне Нд= 60 - 35 м и ширине пляжа намыва и > 100 м обеспечивается надежное функционирование дамбы как подпорного сооружения.

7. Инженерно-геологическое обоснование размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши позволит ускорить завершение процесса уплотнения породных масс гидроотвалов ЛГОКа, что обеспечит дальнейшее

размещение вскрышных пород при более высоких значениях отметок отвальных ярусов.

Экономический эффект от внедрения разработанных на основе выполненных исследований мероприятий на территориях гидроотвалов и хвостохранилищ ЛГОКа составляет около 44 млн. руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дергилев М.А., Жилин С.Н., Локтионов C.B. Инженерно-геологическое обоснование эффективности использования нарушенных земель Лебединского ГОКа для последующего размещения вскрышных пород //Мат-лы Международного симпозиума. Ч. II /Вопросы геомеханики и промышленной гидротехники, геоинформатики и охраны природных ресурсов. - Белгород: 2005. - С. 272-287.

2. Локтионов C.B., Дергилев М.А. Эффективное размещение и использование скальной вскрыши на Лебединском ГОКе. - Горная промышленность - 2007. - № 3. -С. 12-17.

3. Абсатаров С.Х., Локтионов C.B., Федоровский Ю.А. Производство щебня из вскрышных пород на Лебединском ГОКе. - Горный журнал - 2007. - № 7. - С. 56-58.

4. Локтионов C.B. Технико-экономическая эффективность размещения и использования скальной вскрыши Лебединского ГОКа. - Маркшейдерия и недропользование. - 2008. - №5. - С. 57-59.

Подписано в печать /3 . ¿7^.2009 г. Формат 60x90/16

Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №

Отдел печати Московского

государственного горного университета. Москва, Ленинский пр-т, 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Локтионов, Сергей Васильевич

Введение.

Глава 1. Инженерно-геологические исследования естественных и намывных оснований дамб и отвальных насыпей.

1.1. 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 1.

Глава 2. Исследование водно-физических свойств скальной вскрыши и отходов ее переработки на щебень.

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.

2.2.3. Водно-физические и механические свойства отходов переработки скальной вскрыши.

Выводы по главе 2.

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 3.

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 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Инженерно-геологическое обоснование размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши Старооскольского железорудного района"

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 крупнейшем 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

3 3 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 о 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 ve, удельная сдуваемость G, расстояние от объекта L для достижения ПДК по пыли соответственно составляют 4,3 м/с, 6,3 мг/с-м , гу

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 отвально-хвостовом 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, обеспечивающие 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 проектно-изыскательских 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 СПЕС-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.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Локтионов, Сергей Васильевич

Выводы по главе 4

1. Установлены следующие возможности многоцелевого использования отходов переработки скальной вскрыши:

- валовое складирование в отвалах рыхлой и скальной вскрыши, что приведет к повышению устойчивости насыпей с учетом установленных фильтрационных и прочностных свойств исследованных отходов;

- формирование пористых штампов при подготовке слабых естественных и искусственных (намывных) оснований для размещения на них отвалов рыхлых и скальных пород. Предлагается разместить около 1,2 млн.м отходов на территории ядерной зоны гидроотвала № 1 ЛГОКа с целью отсыпки в этой зоне отвала рыхлой вскрыши общей высотой не менее 30 м;

- перекрытие намывными отходами внутренней зоны действующего гидроотвала при его посекционном заполнении, а также создание разделительных дренажных призм из исследованных отходов путем их отсыпки или намыва. Прогнозный уклон намыва для отходов линии ДСУ и группы линии ДСФ (ПДСУ, САДЛ) с учетом данных по объектам-аналогам составляет соответственно 1:25-^1:50 и 1:20-5-1:25.

2. Результаты инженерно-геологических исследований намывных массивов' и оценки их несущей способности с учетом влияния пористых штампов свидетельствуют о возможности размещения на территориях гидроотвалов №1 и «Березовый Лог» соответственно 17 млн.м3 рыхлой вскрыши и 22,5 - 30 млн.м скальной вскрыши с достижением высокого экономического эффекта (около 44 млн.руб./год).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи инженерно-геологического обоснования размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши для обеспечения экологической и промышленной безопасности отвально-хвостового хозяйства.

Основные научные и практические результаты и выводы, полученные лично соискателем, заключаются в следующем:

1. Для обеспечения устойчивости дамб и снижения пылевыделения с поверхности хвостохранилищ при наращивании откосных сооружений предложено использовать скальную вскрышу, а отходы ее переработки на щебень - в качестве пористого штампа при отсыпке отвалов на намывных основаниях.

2. Для оценки прочностных и деформационных характеристик пород естественного основания дамбы (суглинков) и намывного массива глинисто-меловых грунтов впервые в горнотехнической практике применен пенетрационный каротаж станцией СПК-Т (разработка ВСЕГИНГЕО). Обработаны данные по 10 точкам пенетрационного каротажа (ТПК) и сопоставлены с результатами комплексного зондирования комбинированным зондом МГГУ-ДИГЭС, испытаний на приборах плоскостного среза и трехосного сжатия. Получена удовлетворительная сходимость (расхождение менее 10%) между характеристиками сопротивления сдвигу, полученными с помощью СПК-Т, зонда МГГУ-ДИГЭС и неконсолидированно-недренированных трехосных испытаний на стабилометре УСВ-2.

3. Установлено, что окисленные кварциты и породные смеси кристаллических и выветрелых сланцев при естественной влажности имеют высокие значения угла внутреннего трения (ф=32-27°), при этом наблюдается отрицательное влияние содержания в породах скальной вскрыши наиболее слабой разности - филлитовидных сланцев. Выявлено, что при содержании филлитовидных сланцев в скальной вскрыше до 15%, они не оказывают существенного влияния на снижение угла внутреннего трения.

4. Проведена статистическая оценка гранулярного состава представительных проб отходов переработки скальной вскрыши на щебень для 4-х технологических линий - ДСУ (исходный материал -кварцитопесчаники) и ДСФ, САДЛ и ПДСУ (сланцы). Приведены гистограммы распределения выхода фракций и их статистические характеристики. Анализ результатов обработки данных полного остатка на ситах показал, что для линии ДСУ выход фракций 20-2,5 мм характеризуется логнормальным распределением, а для фракций 0,63 - <0,05 мм -нормальным законам равномерного распределения. Для карьерных отходов группы ДСФ для выхода фракций 20 мм и 10 мм установлено логнормальное распределение, а для фракций 5 - 0,05 мм - нормальный закон равномерного распределения.

5. Установлены обобщенные значения коэффициентов фильтрации для отходов линии ДСУ Кфрасч=10,2 м/сут и для группы линий ДСФ, ПДСУ, САДЛ Кфрасч=4,7 м/сут и показателей пористости, влажности, плотности, водонасыщенности исследованного материала.

На основе регрессивного анализа компрессионных зависимостей коэффициента пористости в от уплотняющей нагрузки Р (МПа) в качестве расчетных приняты следующие линейные модели:

- для группы линии ДСФ в = 0,55 - 0,23Р;

-для линии ДСУ е = 0,44 - ОДЗР.

Установлены следующие расчетные характеристики сопротивления сдвигу отходов: для линии ДСУ срр=37°; Ср=0,0017 МПа; группы линий ДСФ фр=40°; Ср=0,0018 МПа.

6. С учетом использования скальной вскрыши для опережающей отсыпки ограждающих дамб выполнены многовариантные расчеты устойчивости откосов. Установлены зависимости коэффициента запаса устойчивости Г| от высоты дамбы Нд, генерального угла наклона внешнего откоса (Зг и ширины пляжа Ln. Определен оптимальный угол низового откоса (Зг=16°. При этом для любой высоты скальной дамбы в диапазоне

Нд= 60 — 35 м и ширине пляжа намыва Ln > 100 м обеспечивается надежное функционирование дамбы как подпорного сооружения.

7. Инженерно-геологическое обоснование размещения и комплексного использования пород скальной вскрыши позволит ускорить завершение процесса уплотнения породных масс гидроотвалов ЛГОКа, что обеспечит дальнейшее размещение вскрышных пород при более высоких значениях отметок отвальных ярусов.

Экономический эффект от внедрения разработанных на основе выполненных исследований мероприятий составляет около 44 млн. руб. в год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Локтионов, Сергей Васильевич, Москва

1. Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основанимя сооружений. -М.: Стройиздат, 1973

2. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. — М.: Стройиздат, 1983

3. Ален У.Бишоп, Д.Дж.Хенкель. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. М.: 1961

4. А.с. 52240 Коротаев Г.В., Жариков B.C., Иванченко A.M. Устройство для определения сдвиговых характеристик грунта. Опубл. бюллетень изобретений № 12, 1977.

5. Абсатаров С.Х., Локтионов С.В., Федоровский Ю.А. Производство щебня из вскрышных пород на Лебединском ГОКе. М.: Горный журнал, № 7, 2007, с. 56-58

6. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г., Морозов М.Г. Наземные хвостохранилища каскадного типа как реальные источники техногенных катастроф. Причины и следствия Качканарской аварии. М.: Горный журнал, №10, 2000, с.48-52

7. Бондарик Г.К. Методика инженерно-геологических исследований. — М.: Недра, 1986

8. Гальперин A.M. Геомеханика открытых горных работ. М.: Изд. МГГУ, 2003.

9. Гальперин A.M. Управление состоянием намывных массивов на горных предприятиях. М.: Недра, 1988

10. Гальперин A.M., Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993

11. Гальперин A.M., Зайцев B.C., Жилин С.Н., Павленко В.М. Внедрение природоохранных технологий формирования и последующего использования намывных массивов. -М.: Горный журнал, №7, 2007, с.87-94

12. Гальперин A.M., Зайцев B.C., Норватов Ю.А. Гидрогеология и инженерная геология. -М.: Недра, 1989

13. Гальперин A.M., Крячко О.Ю., Дергилев М.А. Геотехническое обслуживание гидроотвальных работ на карьерах. М.: Изд.ЦНИИЭИУголь, 1971

14. Гальперин A.M., Панфилов А.Ю., Пуневский С.А., Жилин С.Н. Инженерно-геологическое и геомеханическое обеспечение формирования отвальных насыпей на намывных основаниях. М.: Геоэкология. 2007, № 5. с. 396-403.

15. Гальперин A.M., Стрельцов В.И. Литомониторинг на железорудных карьерах КМА. М.: Инженерная геология, 1987, №3, с.3-14

16. Гальперин A.M., Тищенко Т.В., Жилин С.Н. Технологии экологически безопасного освоения намывных техногенных массивов на горных предприятиях. М.: Геоэкология, 2005, №2, с.9-110

17. Геомониторинг намывных массивов гидроотвально-хвостового хозяйства ОАО «Лебединский ГОК» для обеспечения промышленной и экологической безопасности. Отчет МГГУ. М.: 2003

18. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. -М.: Стройиздат, 1983

19. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

20. ГОСТ 258490. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.

21. ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

22. Грязнов Т.А. Оценка показателей свойств пород полевыми методами. М.: Недра, 1984

23. Давид М. Геостатистические методы при оценке запасов руд. -Л.: Недра, 1980, 360 с.

24. Девис Дж. Статистический анализ данных в геологии. М.: Недра, 1990.'

25. Демченко А.В. Формирование дренажных элементов гидроотвалов разрезов Кузбасса для повышения их вместимости и устойчивости. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. — М.: МГГУ, 1999"

26. Дергилев М.А. Исследование условий устойчивости и рациональных параметров карьерных гидроотвалов КМА. //Дисс. на соиск. уч.ст.канд.техн.наук. М.: МГИ, 1972

27. Ермошкин В.В. Разработка методики геолого-маркшейдерского обеспечения безопасности гидротвалов вскрышных пород (на примере гидроотвалов Кузбасса). // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. — М.: МГГУ, 2001

28. Ершов1 Н.П., Зотеев В.Г., Фролов А.В. Сжимаемость и сопротивление сдвигу скальной горной породы. //Труды ИГД, Минчермета СССР. Свердловск, 1981,- № 67.

29. Жариков В.П. Инженерно-геологическое и гидрогеологическое обоснование эксплуатации и рекультивации гидроотвалов вскрышных пород Центрального Кузбасса. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГГУ, 2005

30. Жданов С.Е. Инженерно-геологическое дешифрирование аэрофотосъемочных материалов при оценке состояния намывных массивов. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГИ, 1989

31. Жилин С.Н. Инженерно-геологическое обоснование повышения вместимости намывных сооружений в регионе КМА. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. -М.: МГГУ,

32. Загоруйко Л.П. Влияние состава породных смесей на устойчивость отвалов. В кн. Устойчивость породных масс и осушение карьеров (научные записки)». Вып. 10. Киев. Изд-во «УкрНИИпроект», 1963.

33. Закон Российской Федерации «О безопасности гидротехнических сооружений» от 21.07.97 г. №117-ФЗ

34. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов. — М.: Наука, 1987

35. Зарецкий Ю.К. Консолидация торфяного основания. — Основания, фундаменты, механика грунтов, 1970, №7, с. 12-15

36. Зотеев В.Г., Костерова Т.К., Рудницкая Н.В. Методическое обоснование складирования техногенных отходов в карьерные выемки. // Мат. IV межд.симп. Белгород, ВИОГЕМ, 1999, с. 111-115

37. Инженерно-геологические изыскания для строительства. СП 11105-97.

38. Инженерно-геологическое обоснование безопасных параметров отвалов Лебединского ГОКа, обеспечивающих их устойчивость и увеличение емкости. Отчет по НИР 826-ЮР, НИИКМА, Губкин, 2000

39. Инженерно-геологическое * обоснование безопасных параметров ограждающих дамб хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК» при формировании их отсыпкой скальной вскрышей». Отчет МГГУ. М.: 2007

40. Инструкция о порядке определения критериев безопасности и оценки состояния гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на поднадзорных Госгортехнадзору России производствах, объектах и организациях», утвержденная 4.02.2002 г.

41. Инструкция по проектированию и строительству ограждающих дамб хвостохранилищ с использованием вскрышных пород. //РСН 319-81, Госстрой УССР

42. Исследование устойчивости, параметров и технологии формирования экскаваторных отвалов при транспортировке пород вскрыши ж.д. транспортом на СГОКе. Т. 1. Отчет по НИР 2-1-1-447-77/п-4-а-ПП, НИИКМА, 1979.

43. Калишевский В.Н. Возведение ограждающих сооружений-хвостохранилищ в процессе отвалообразования. М.: Горный журнал, 1993, №4

44. Калишевский В.Н. Эффективность совместного складирования отходов обогащения и вскрышных пород. М.: Горный журнал, 1981, №2

45. Кириченко Ю.В. Инженерно-геологическое обеспечение экологической безопасности формирования техногенных массивов. // Дисс. На соиск. уч. ст. докт.техн.наук. М.: МГГУ, 2001

46. Киянец А.В. Инженерно-геологическое обоснование мероприятий по управлению устойчивостью бортов карьеров в песчано-глинистых отложениях. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГИ, 1990

47. Комплексные геологические исследования хранилищ отходов рудообогащения для обеспечения экологической безопасности и освоения техногенных месторождений региона КМА. Отчет МГГУ. — М.: 2001

48. Кононенко Е.А., Русский А.В., Кононенко А.Е. Строительство рекреационной зоны при рекультивации нарушенных открытыми работами земель. -М.: Горный журнал, №7, 1998, с.61-65

49. Круподеров B.C., Титянин В.А. Пенетрационный каротаж при инженерно-геологических исследованиях. М.: МГГУ, ГИАБ, 2007, №1, с.113-116

50. Крячко О.Ю. Управление отвалами открытых горных работ. М.: Недра, 1980

51. Кутепов Ю.И., Кутепова Н.А. Техногенез намывных отложений. М.: Геоэкология, 2003, №5, с.405-413

52. Кутепов Ю.И., Кутепова Н.А., Ермошкин В.В. Обеспечение безопасных условий эксплуатации гидроотвалов и хвостохранилищ. // В кн.: Проблемы геодинамической безопасности. С.-Пб., ВНИМИ, 1997, с. 164-169

53. Лапочкин Б.К. Инженерно-геологическая оценка намывных глинистых грунтов для увеличения емкости гидроотвала. //Дисс. на соиск. уч.ст. канд.геол.-мин.наук. -М.: МГУ, 1978

54. Локальный геомониторинг гидроотвалов «Березовый Лог», «Балка Чуфичева», «Балка Суры» и хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК». Отчет МГГУ. М.: 2004

55. Локальный геомониторинг гидроотвалов «Березовый Лог», «Балка Чуфичева», «Балка Суры» и хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК». Отчет МГГУ. М.: 2005

56. Локальный гидрогеомониторинг гидроотвала «Балка Безымянная», гидроотвала №1, головной дамбы хвостохранилища. Отчет МГГУ. -М.: 2007

57. Локтионов С.В., Дергилев М.А. Эффективное размещение и использование скальной вскрыши на Лебединском ГОКе. М.: Горная промышленность, № 3, 2007, с. 12-17.

58. Мальцев В.А. Программный комплекс геостатистического моделирования оценки. М.: ВИЭМС МГП. 1993. 154 с.

59. Медяник М.В. Инженерно-геологическое обоснование консервации и рекультивации гидроотвалов. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. -М.: МГГУ, 2003

60. Методика оценки прочности и сжимаемости крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями. М.: ДальНИИС Госстроя СССР. 1989.

61. Методические указания по определению деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик горных пород в стабилометрах. Белгород: ВИОГЕМ, 1973

62. Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, подлежащих разработке открытым способом. JL, Недра, 1986.

63. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. -М.: Недра, 1974

64. Могилин А.В. Инженерно-геологическое обоснование технологии формирования отвальных насыпей на гидроотвалах. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. -М.: МГГУ, 2002

65. Мосейкин В.В. Геолого-экологическая оценка намывных техногенных массивов горнопромышленных отходов. // Дисс. на соиск. уч.ст. докт.техн.наук. М.: МГГУ, 2000

66. Мосейкин В.В., Зайцев B.C., Жилин С.Н. Карст в отложениях гидроотвала Лебединского ГОКа. М.: Геоэкология, №2, 2005

67. Ничипорович А.А., Рассказов Л.Н. Сопротивление крупнообломочных грунтов сдвигу // Гидротехническое строительство, 1969, № 8.

68. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М.: Недра, 1979, 550 с.

69. Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков А.Д. Гидроотвалы на карьерах. М.: Недра, 1977

70. Обоснование возможностей размещения отвалов скальной и рыхлой вскрыши на гидроотвале «Березовый Лог». Отчет ООО «КАРБОН». -М.-С.Пб.: 2007

71. Обоснование рационального размещения остаточных объемов рыхлой и скальной вскрыши Лебединского ГОКа с учетом увеличения высоты железнодорожных отвалов и использования площади гидроотвала №1. Отчет НИИКМА. Губкин: 1989

72. Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка мероприятий по обеспечению безопасных условий формирования и максимальной удельной емкости отвалов ОАО «Лебединский ГОК» в границах существующих земельных отводов». — Белгород: ВИОГЕМ, 2004

73. Отчет о НИР «Совершенствование технологии формирования хвостохранилища Лебединского ГОКа при превышении естественных отметок местности, обеспечивающей минимальный экологический ущерб территории и биосферному заповеднику «Ямская степь». НИИКМА, 2003

74. Отчет о результатах инженерно-геологических работ. Приложение 4. Технический отчет о результатах геофизических работ / №887 3 - Т4, Укргидропроект, 1989

75. Отчет о результатах инженерно-геологических работ. Приложение 5. Результаты опытно-фильтрационных работ. / №887 3 - П1, Укргидропроект, 1989

76. Отчет об инженерно-геологических изысканиях: Заключение о состоянии существующих гидротехнических сооружений Головной плотиныв долине руч.Чуфичево. Дамба №2 / №1123-6201.3 ИГ- ПЗ, Центрогипроруда, 1995

77. Отчет об инженерно-геологических изысканиях: Заключение о состоянии существующих гидротехнических сооружений. Дамба №1 в б.Орлиный Лог / №1123-6201 -ИГ ПЗ, Центрогипроруда, 1994

78. Отчет об инженерно-геологических работах на западном и северном участках гидроотвала №2 Лебединского рудника КМА (рабочие чертежи). Рукопись, фонды института «Харгипротранс». Харьков: НИИКМА, 1973, 1976 гг.

79. Отчет об инженерно-геологических работах: Дополнительные работы, связанные с изменением исходных данных для проекта. //№1264-3-TOl, Укргидропроект, 2002

80. Отчет. Расширение Лебединского ГОКа (П-я очередь строительства) железнодорожного пути ст.Северная — ст.Отвальная через пойму реки Осколец. Инженерно-геологические изыскания /ЦЕНТРОГИПРОРУДА. ЦГР № Р 340-449-1-п77; Инв. №5580. Белгород, 1980

81. Оценить эффективность и рациональную область применения инженерных мероприятий при гидроотвалообразовании. //Рук. Крячко О.Ю., исп. Котов И.Г., Норватов Ю.А., Мироненко В.А., Бокий Л.Л. Ленинград, Отчет ВНИМИ, 1971

82. Постановление Правительства Российской Федерации «Об организации государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений» от 16.10.97 №1320

83. Постановление Правительства Российской Федерации «Об утверждении Положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений» от 6.11.98 №1303

84. Правила безопасности при эксплуатации хвостовых и шламовых хозяйств горнорудных и нерудных предприятий. Утверждены Госгортехнадзором СССР 22.12.97 г.

85. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. СПб., Изд. ВНИМИ, 1998.

86. Предварительная оценка устойчивости гидротехнических сооружений хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК» при возведении их выше отм.232 м». Отчет МГГУ. М.: 2008

87. Проект ведения отвальных работ, обеспечивающих устойчивость отвала «Бродки» на гидроотвале №1. Белгород, Центрогипроруда, 2002

88. Проект эксплуатации хвостохранилища ОАО «Лебединский ГОК». Белгород: ФГУП ВИОГЕМ, 2003

89. Пуневский С. А. Инженерно-геологическое обеспечение размещения отвальных насыпей на слабых естественных и намывных основаниях. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГГУ, 2007

90. Разработка методического руководства по проектированию отвалов на горнорудных предприятиях КМ А (2-я редакция), том 2. Отчет по НИР-НИИКМА, 1987.

91. Рекомендации по инженерно-геологическому обоснованию параметров отвалов сухих пород, отсыпаемых на гидроотвалах. Л.: ВНИМИ, 1985

92. Реконструкция хвостового хозяйства Лебединского ГОКа с целью поддержания его мощности и увеличения емкости хвостохранилища. -ОАО «Укргидропроект», 2002

93. РСН 51-84. Инженерные изыскания для строительства. Производство лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов.

94. Саркисян А.А. Обоснование методов и технических средств геолого-маркшейдерского мониторинга гидроотвалов. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГГУ, 1998

95. Сборник руководящих материалов по надзору за эксплуатацией гидротехнических сооружений на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях и объектах. // Составители: А.М.Ильин, В.Т.Галзитский, С.Г.Аксенов, А.В.Хныкин — Белгород, 1999

96. СНиП 11.02.96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения, (взамен 1.02.07-87).

97. СНиП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть 1. Общие правила производства работ. М.: Госстрой России, 1997

98. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.: Госстрой СССР, 1985

99. Способ возведения намывного основания. Авт.: Гальперин A.M., Зайцев B.C., Дьячков Ю.Н. и др. Пат. РФ № 1624093 от 15.07.1993 //Б.И. №40

100. Способ контроля намывных массивов. Авт.: Гальперин A.M., Зайцев B.C., Стрельников А.В. и др. Пат.РФ №1188322 от 15.07.1993 //Б.И. №40

101. Способ отвалообразования в режиме управляемых деформаций. НИИКМА. Авт.: Иванченко A.M., Бартеньев А. А., Дергилев М.А., Сперанский В.М., Лахметкин В.К., Денисов А.И., Баранов Н.Н. А.с. 1008449 (СССР). Опубл. В Б.И. №12, 1983

102. Указания по методам гидрогеомеханического обоснования оптимальных параметров гидроотвалов и отвалов на слабых основаниях./ Авт.Кутепов Ю.И., Норватов Ю.А., Кутепова Н.А., Л.: ВНИМИ, Часть 1, 1989

103. Указания по методам гидрогеомеханического обоснования оптимальных параметров гидроотвалов и отвалов на слабых основаниях./

104. Авт.Кутепов Ю.И., Норватов Ю.А., Кутепова Н.А., Д.: ВНИМИ, Часть 2, 1989

105. Устройство для комплексного зондирования грунтов. Авт.Гальперин A.M., Зайцев B.C., Хейфиц В.З. и др. Пат. РФ № 2025559 от 30.12.1994//Б.И. №21

106. Федеральный Закон «О безопасности гидртехнических сооружений» (ФЗ №117 от 23.06.1997)

107. Федеральный Закон «Об экологической экспертизе», 1995

108. Федоров И.С., Захаров М.Н. Складирование отходов рудообогащения. М.: Недра, 1985

109. Ферронский В.И., Грязнов Т.А. Пенетрационный каротаж. М.: Недра, 1979

110. Флорин В.А. Основы механики грунтов. Том II. М., Госстройиздат, 1961.

111. Цытович Н.А., Зарецкий Ю.К., Малышев М.В., Абелев М.Ю., Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз скорости осадок оснований сооружений (консолидация и ползучесть многофазных грунтов). М.: Стройиздат, 1967

112. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1983

113. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. основы прикладной геомеханики в строительстве. М.: Высшая школа, 1981

114. Щёкина М.В. Разработка методов прогноза и оперативного контроля геомеханических процессов в намывных массивах с применением компьютерных технологий. // Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. М.: МГГУ, 2000

115. Щербакова Е.П. Геолого-экологическое обеспечение природоохранных технологий освоения техногенных массивов. // Дисс. на соиск. уч.ст. докт.техн.наук. — М.: МГГУ, 2005

116. A quide to tailings and impoundments. ICOLD. UNEP. Bui. 106, Paris, 1996

117. Boisen B.P. & Monroe R.B., 1993 Three decades in instrumentations. Proc. Of the Australian conf. of geotechnical instrumtntation in open pit and underground minings: Kalgorly, Balkema publ., pp.73-77

118. Galperin A.M., Kiritchenko Yu.V., Moseukin V.V., Pavlenko V.M. Engineering geological provision for reclamation of hydrofilled structures in mining. Proc. 8 th Int. IAEG congress, 21-25 Sept. 1998 / Vancouver/ Canada. Balkema

119. Monitoring of tailings dams. ICOLD. Bui. 104, Paris, 1996

120. Tailings dams: risk of dangerous. ICOLD. UNEP. Bui. 121, Paris, 2001

121. Penman A.D.M. Tailing dams//Ground Engineering. 1985.- №2.

122. Penman A.D.M. The need for dam safety. Case studies on tailings management. ICME-UNEP. 1985.- №2. - P. 18-22.

123. G.M.Ritcey. Tailings management. Elsevuer Amsterdam - Oxford -New York - Tokyo. - 1989.129.130.131.132.133.134. P. 18-22.135.