Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом

Костюков, Евгений Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом"

На правах рукописи

¡¿снхм

Костюков Евгений Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТОВЫХ ДАМБ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Специальность: 25.00.16 - "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Простое Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зыков Виктор Семенович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лазаревич Тамара Ивановна

Ведущая организация - ОАО «Угольная компания «Кузбассразрезуголь»

Защита состоится 16 июня 2005 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет".

Автореферат разослан « 0» мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Иванов В.В.

200&4 , U-^rz s? с)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Гидротехнические сооружения (TTC) являются объектами, непосредственно обеспечивающими технологические процессы предприятий горнодобывающей и смежных отраслей промышленности. Нарушение устойчивости дамб ГТС может привести к значительному экономическому и экологическому ущербу. В мировой практике известны случаи прорыва дамб и плотин, приведших к человеческим жертвам и имевшие масштабы национальных катастроф. В Кузбассе эксплуатируются более 130 накопителей, отстойников, шламохранилищ, гидроотвалов, различающихся по классу ответственности, емкости, высоте, протяженности, рельефу основания, способу возведения и другим признакам. Зафиксирован ряд случаев деформаций техногенных массивов ГТС, причем основными причинами разрушения дамб являются отсутствие и недостаточная информативность инженерно-геологических изысканий, нарушения норм проектирования, технологии строительства и правил эксплуатации объектов. По данным Ростехнадзора более 2% хвостохранилищ находятся в аварийном состоянии. В этой связи в соответствии с Федеральным Законом «О безопасности ITC» созданы специальные аналитические центры, разработана программа, предусматривающая периодическое обследование объектов, мониторинг и прогноз их безопасной эксплуатации.

Оценка устойчивости откосов техногенных массивов, основанная на определении соотношения моментов сдвигающих и удерживающих сил, суммируемых в пределах призмы возможного обрушения, требует знания динамики происходящих в них физических процессов. Геолого-маркшейдерские, инструментально-механические, гидро- и газодинамические методы геоконтроля не обеспечивают требуемого объема информации, связаны со значительными объемами буровых работ. Целесообразно развитие в данном направлении бесскважинных геоэлектрических методов, основанных на оперативном мониторинге аномалий гсоэлектрических полей, взаимосвязанных с изменениями физических свойств техногенных массивов. До настоящего времени не отработаны методики геоконтроля (не установлены диапазоны изменения расчетных постоянных для насыпных пород и зависимости между ними, не оценены глубинность зондирования объектов и влияние на точность измерений их геометрических параметров), не изучены особенности гидродинамических и деформационных процессов в массивах ГТС различного типа, применяемые методики оценки устойчивости откосов не адаптированы к возможностям оперативного мониторинга состояния горных пород.

Решение данных задач позволит значительно снизить затраты на обследование объектов ГТС, повысить точность оценки их устойчивости.

Актуальным представляется исследование физического состояния (влагонасы-щенности, степени уплотнения) техногенных массивов грунтовых дамб комплексом методов, включая геоэлектрические, совершенствование на этой основе способов и методик оценки устойчивости объектов ГТС, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию.

Исследования выполнялись в соответствии с планами хоздоговорных НИР ГУ КузГГУ и Минтопэнерго (объем финансирования в 2002 2004 гг. 260,0 тыс. руб.) при поддержке гранта Минобразования РФ А 03-2.13-12, гранта РФФИ по проекту № 05-05-64100, а также планом работ аналитического центра по мониторингу ITC предприятий угольной промышленности России - НФ "КУЗБАСС-НИИОГР".

Цель работы - исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом, обеспечивающие пппчшяти (у-чппярнпгти трн^ту работ, снижение

затрат на эксплуатацию данных объектов и г ify ¡двщрншмгвИЕ»i риятия.

В«МИвТЕКА С!

Основная идея работы заключается в использовании аномалий геоэлектрических полей в комплексе с данными маркшейдерско-геологических и инструментальных наблюдений для определения параметров физического состояния техногенных массивов ГТС, установления расположения опасных зон и оценки устойчивости дамб го грунтовых материалов.

Задачи исследования:

- установление особенностей техногенных грунтовых массивов дамб ГТС как объектов геоэлектрического контроля;

- комплексные исследования параметров зон влагонасыщения и разуплотнения, определяющих физическое состояние грунтовых дамб гидротехнических сооружений, на основе геоэлектрического мониторинга;

- совершенствование способов, методик и компьютерных программ для оценки устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений.

Методы и объекты исследований. Выполнен комплекс исследований, включающий анализ, обобщение данных технической литературы и патентной информации, аналитические исследования с использованием классических методов и моделей геоэлектрического контроля, лабораторные методы изучения физических свойств образцов горных пород и моделирования объектов геоконтроля на экспериментальной установке, натурные экспериментальные исследования на объектах ГТС предприятий угольной отрасли с привлечением данных геологических служб и инструментальных наблюдений, методы реализации многоэтапных и циклических расчетов в форме компьютерных программ, статистическая обработка результатов измерений.

Объекты исследований - техногенные массивы дамб, плотин, перемычек ГТС, сложенные вскрышными скальными породами и мягкими связными грунтами.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- изменения пористости и влагонасьпценности техногенных фунтовых массивов дамб ГТС связаны с приращениями удельного электросопротивления степенными зависимостями, при этом входящие в них структурные параметры извилистости и смачиваемости поровых каналов изменяются в диапазонах р = 1,3-И,5иу=1,4ч- 4,6, а учет геометрических параметров объектов и степени заполнения емкости обеспечивается введением дополнительных коэффициентов измерительной установки, изменяющихся в пределах 0,74 + 1;

- изменение физического состояния грунтовых дамб на естественных основаниях определяется интенсивностью гидродинамических процессов формирования скрытых обводненных зон в теле дамб и породах основания, причем в дамбах равнинного типа протяженность этих зон в плане составляет 20 + 100 м, а в дамбах овражного типа они приурочены к тальвегам логов с расположением верхней границы на глубине 4 * 8 м от гребня и 2,5 + 3 м от низового откоса;

- изменение физического состояния дамб на намывных основаниях определяется гидродинамическими процессами формирования по контакту намывного слоя скрытых фильтрационных коллекторов шириной 30 * 50 м и деформационными процессами, связанными с консолидацией насыпных пород под действием внешних нагрузок и порового давления, локальным разуплотнением над зонами коллекторов, плоскопараллельным перемещением участков дамбы вместе с намывными грунтами основания;

- повышение точности оценки устойчивости откосов дамб ГТС обеспечивается установлением площади зоны водонасьпцения (разуплотнения), размеры которой определяют по отрицательным (положительным) аномалиям на трафиках продольного и поперечного электропрофилирования, а также выбором наиболее опасного участка дамбы по минимальным значениям коэффициента запаса устойчивости, рассчитываемого с учетом измевдющейся по длине дамбы глубины залегания вероятной по-

■»+«.«< * <-* -» Ii i <

• v t-

верхности скольжения, устанавливаемой по графикам продольного электропрофилирования по оси гребня.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении диапазонов изменения структурных параметров грунтов, определяющих зависимости их свойств от удельного электросопротивления, а также поправочных коэффициентов, учитывающих влияние геометрических параметров дамб при бесскважинном геоэлекгрическом контроле;

- в установлении комплексным геоэлектрическим методом закономерностей гидродинамических и деформационных процессов в дамбах ГТС равнинного и овражного типа на естественных и намывных основаниях, определяющих изменение их физического состояния;

- в разработке способов оценки устойчивости откосов дамб ГТС и уступов бортов карьеров, включающих продольное, поперечное геоэлектрическое профилирование и зондирование с поверхностей гребня и откоса дамбы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- использованием для совершенствования методик геоэлектрических исследований фундаментальных и апробированных зависимостей электроразведки;

- применением стандартных методов лабораторных исследований механических и электрофизических свойств насыпных пород, апробированных методик и аппаратуры бесскважинных натурных геоэлектрических исследований, пьезометрических, прецизионных инструментальных измерений и системы спутникового определения местоположения (GPS);

- значительным объемом натурных экспериментальных исследований (более 7000 м профилей геоэлектрических измерений, 500 м скважин инженерно-геологических изысканий, 200 определений координат реперов маркшейдерских станций) на 15 объектах ГТС угольных предприятий;

- положительными результатами сопоставления данных оценки устойчивости откосов дамб на основе инженерно-геологических изысканий, геоэлектрических и пьезометрических измерений (расхождение не превышает 20%), а также внедрения разработанных рекомендаций при эксплуатации объектов ГТС на угледобывающих предприятиях Кузбасса.

Личный вклад автора заключается:

- в теоретическом анализе решений прямых задач электроразведки и экспериментально-аналитических зависимостей геоэлектрического метода;

- в проведении комплексных лабораторных исследований физических свойств образцов насыпных пород и поронасыщающих жидкостей;

- в физическом моделировании геоэлектрического контроля состояния дамб на экспериментальной установке;

- в разработке методики, проведении комплексных натурных исследований физического состояния техногенных массивов ГТС, обработке и анализе результатов;

- в разработке способов оценки устойчивости откосов дамб и уступов на основе геоэлектрического контроля их состояния;

- в разработке компьютерных программ для оценки устойчивости дамб и расчета эколого-экономического ущерба от их нарушения;

- в разработке рекомендаций по безопасной эксплуатации дамб ГТС.

Научное значение работы заключается в определении диапазонов изменения структурных параметров пород и поправочных коэффициентов, обеспечивающих повышение точности геоэлектрического контроля физического состояния грунтовых дамб, установлении закономерностей гидродинамических и деформационных процес-

сов в техногенных массивах ГТС и разработке на этой основе способов оценки их устойчивости.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке методик определения параметров обводненных зон и фильтрационных коллекторов в теле грунтовых дамб на основе методов бесскважинного электрического зондирования и профилирования в комплексе с анализом геологических данных, пьезометрическими и инструментальными маркшейдерскими наблюдениями;

- в разработке пакетов компьютерных программ, обеспечивающих автоматизацию расчетов по оценке устойчивости грунтовых дамб и эколого-экономического ущерба от предполагаемой гидродинамической аварии.

Реализация работы. Рекомендации по безопасному режиму эксплуатации дамб ГТС, разработанные на основе результатов исследования физического состояния техногенных массивов, расчетов с помощью компьютерных программ коэффициентов запаса устойчивости и эколого-экономического ущерба от возможной аварии, использованы НФ "КУЗБАСС-НИИОГР" при оценке устойчивости и разработке мероприятий по повышению безопасности ГТС ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» (шламовый отстойник «Дальний» обогатительной фабрики), ЗАО «Черниговец» (илонакопи-тель обогатительной фабрики), ОАО «Разрез Кедровский» (ограждающая перемычка гидроотвала №3).

Методики бесскважинного геоэлектрического контроля гидродинамических и деформационных процессов в теле дамб, результаты их применения вошли составной частью в «Методические указания по контролю геомеханических и фильтрационных процессов в техногенных породо-грунтовых массивов ГТС горных предприятий комплексным геоэлектрическим методом», утвержденные НФ «КУЗБАСС-НИИОГР» и ОАО ХК (УК) «Кузбассразрезуголь».

Методические разработки и установки для исследования физических свойств грунтов использованы при создании учебно-лабораторного комплекса, а результаты исследований - в учебном процессе при чтении курсов «Методы и средства геоконтроля» и «Геоэлектрический контроль массива горных пород» для специальности 070600 «Физические процессы горного производства» в ГУ КузГТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на II Российско-китайском симпозиуме «Строительство подземных сооружений и шахт» (Кемерово, 2002 г.), Неделе горняка-2004 (Москва, 2004 г.), Международной научно-практической конференции в рамках выставки «Уголь России и майнинг» (Новокузнецк, 2004 г.), ежегодных научных конференциях студентов и преподавателей ГУ КузГТУ (Кемерово, 2002 -г 2004 гт.).

Экспонат «Геоэлектрический прогноз устойчивости дамб ГТС», подготовленный с участием автора диссертации, награжден дипломом Международной выставки-ярмарки «Экспо-Сиоирь» (Кемерово, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе получено 2 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 7 таблиц, список литературных источников из 118 наименований, приложения.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.т.н. С.М. Простову за организационную и методическую помощь, к.т.н. С.П. Ба-хаевой за постоянное внимание, поддержку и полезное обсуждение результатов исследований, а также коллективу НФ «КУЗБАСС-НИИОГР» во главе с к.т.н. С.И. Протасовым за помощь в проведении экспериментальных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ методов контроля физического состояния массивов горных пород ГТС и оценки их устойчивости.

Изучение условий и причин нарушений технологического режима ГТС различного типа и назначения, произошедших в России и за рубежом, показал, что от 50 до 70% их разрушений происходит вследствие ошибок при инженерно-геологических изысканиях, проектировании и строительстве, а от 25 до 48% - из-за нарушений условий эксплуатации объектов (данные СПбПУ и Государственного центра экологических программ).

Расчет устойчивости техногенных массивов ГТС основывается на предложенном К. Терцаги методе, заключающемся в определении коэффициента запаса устойчивости ¿/по отношению моментов удерживающих и сдвигающих сил, суммируемых при разбиении на отдельные блоки призмы возможного обрушения:

kf =

'¿(Pjcosccj + ¿С,/,- ^PiSinai > (1)

L/=; i=i h=i

где P, - вес г'-того блока; а, - угол наклона вероятной поверхности скольжения в пределах блока; Ф, - равнодействующая гидростатических и гидродинамических сил; С„ <р, — соответственно, сцепление и угол внутреннего трения пород; /, - длина поверхности скольжения.

Развитию методов расчета коэффициента запаса устойчивости kf откосов дамб ГТС, уступов бортов, отвалов, насыпей посвящены работы Арсентьева И.Ю., Астафьева Ю.П., Афанасьева Б.Г., Бахаевой С.П., Букина В.А., Галустьяна Э.Л., Георгиева Г.К., Демина А.М., Ильина А.И., Малярова Ю.А., Маслова Н.И., Мироненко В.А., Попова В.Н., Попова И.И., Ревазова М.А., Ржевского В.В., Розанова Н.И., Фисенко Г.Л., Христова Т.К., Чугаева P.P., Шушкиной О.И. и других.

Работы в данном направлении ведутся под научно-методическим руководством Межотраслевого научного центра ВНИМИ.

Применение расчетных методов предполагает получение необходимого объема информации о физическом состоянии объектов, происходящих в них геомеханических (деформационных, гидродинамических) процессах и параметрах аномальных зон. Методы контроля физического состояния массива горных пород разделяют на прямые (лабораторные исследования образцов, геолого-маркшейдерские, инструментально-механические, гидро-, газодинамические) и геофизические, основанные на связи физико-технических свойств массива с параметрами различных физических полей (акустические, термические, радиоактивные, геомагнитные, геоэлектрические и др.). Большой вклад в развитие экспериментальных методов геоконтроля внесли Вознесенский A.C., Дашевский Ю.А., Дырдин В.В., Егоров П.В., Еременко A.A., Зборщик М.П., Зыков B.C., Иванов В.В., Кутепов Ю.И., Лазаревич Т.И., Литвинский Г.Г., Момчилов B.C., Опарин В.Н., Петухов И.М., Простов С.М., Сазонов В.А., Смирнов В.А., Тарасов Б.Г., Тонконогов М.П., Тютюнник П.М., Филинков A.A., Чернов О.И., Шкуратник В.Л., Шиканов А.И., Эпов М.И., Ямщиков B.C. и целый ряд других ученых.

Одними из наиболее перспективных являются геоэлектрические методы (электрометрические на постоянном и переменном токе, высокочастотные электромагнитные, естественного электрического поля), отличающиеся высокой информативностью, производительностью, отсутствием необходимости бурения скважин. Фундаментальные и экспериментальные исследования геоэлектрических разрезов на больших базах и глубинах на основе решения обратных задач электроразведки, в том числе на объектах ГТС, проводятся в институте геофизики СО РАН. Геоэлектрические исследования для решения задач оценки устойчивости ГТС проводились, в частности, в ПО «Беларуськалий», на Качканарском ГОКе, Верхнекамском соляном месторождении. Широкое применение этих методов сдерживается тем, что не изучены особенности свойств пород техногенных массивов и закономерности физических процессов в объектах ГТС различного типа, методики геоконтроля не адаптированы к условиям ГТС, а способы оценки их устойчивости не используют в полной мере возможности оперативного мониторинга.

Во второй главе рассмотрены особенности техногенных грунтовых массивов дамб ГТС как объектов геоэлектрического контроля.

Взаимосвязь структурно-текстурных параметров влагонасьнценных пород с удельным электросопротивлением (УЭС) р техногенных породных массивов в рамках экспериментально-аналитической модели, принятой в электроразведке, описывается уравнением

где: т - пористость; W— степень влагонасыщенности пор; рв - УЭС увлажняющего раствора; а, кг, ß, у- эмпирические структурные параметры; а = 0,4 -т- 1 - параметр, зависящий от типа геологического отложения; кг = 1 1,6 - параметр, учитывающий влияние глинистого слоя на поверхности пор; ß = 1,3 -ь 2,2 - параметр, зависящий от извилистости поровых каналов; у = 1,4 -ь 5,0 - параметр, характеризующий смачиваемость порозаполняющим раствором поверхности твердой фазы.

Комплексные исследования физических свойств основных типов насыпных пород ГТС Кузбасса показали, что основную роль при формировании пор играют песчаные и суглинистые компоненты (размеры частиц А = 0,005 + 0,05 мм), при этом процентное содержание глинистых частиц 8 > 20% (табл. 1). УЭС порона-сыщающих жидкостей относительно стабильно: для жидкой фазы глинистой пульпы и угольного шлама р, = 2,31 + 8,46 Ом м, для отфильтрованной воды рв = 1,74 5,23 Ом-м, при этом коэффициент вариации параметра для основной части жидкостей не превышает 10% (для глинистой пульпы достигает 85%).

Расчеты с использованием уравнения (2) и приведенных данных позволили установить, что диапазоны изменения основных структурных параметров следующие: /3= 1,3 -5-1,5 (для всех пород); у = 1,4 + 1,7 (для суглинков), у = 1,5 ч- 1,8 (для уплотненных вскрышных пород) и у = 4,3 -г- 5,0 (для дресвяного грунта - вторичного продукта обработки пород и угля поверхностно-активными веществами при обогащении).

(2)

Таблица 1

Физико-механические свойства и УЭС насыпных пород техногенных массивов

Порода Лит Апах мм % Щит Щпах т Ш ■ -IV "ими "тах Рг Ртт Ртах. __ , Р Омм

Уплотненные обломки вскрышных пород (песчаника, аргиллита, алевролита), заполнитель полостей - щебень, дресва, угольная крошка, го-рельник, султанок, песок 1-200 0,38-0,51 012-022 41,3-68,1

31,4-55,3 0,45 018 54,8

Грунт дресвяный с песчаным заполнителем (породо-угольный осадок шлама) 1-60 038-0,478 0,19-0,44 168^1-453,7

37,5-618 0,41 033 362,7

Суглинок бурый с включением щебня до 15 % 0,005-0,05 3$3- 57Д 035—0,46 0,41 ОД 9-031 030 32,1-58,5 39,7

Суглинок бурый повышенной плотности с включением щебня до 16-20% 0,005-0,05 4^8-639 038-0,43 041 023-025 024 20,3-47,2 35,4

В рамках принятой модели получены зависимости для относительной оценки изменений пористости и влажности массива:

т/т0=(р0/рГ^\- (3)

ЦГ/1¥0={р0/рТУ, (4)

где т0, р0 - начальные значения параметров.

Статистический анализ зависимостей (3) и (4) показал, что доверительный интервал расчета параметров составил Л(т/тс) = ± 0,034; А(1¥Л¥а) = ± 0,022.

В работе дан анализ теоретических основ прогноза геометрических параметров аномальных зон при вертикальном электрическом зондировании (ВЭЗ) и электропрофилировании (ЭГТ).

Используя известные критерии изменения плотности зондирующего тока / от глубины Ъ (д]21д И2 = 0) и горизонтальной составляющей полного тока 1Х установки при ВЭЗ (1Х (к) - 0,51) получено, что связь расположения границы двухслойной среды с базой зондирования весьма неоднозначна, Ь = (0,1 4- 0,5)АВ, поэтому на начальных этапах геоконтроля целесообразно проводить сопоставления графиков ВЭЗ с геологическими разрезами.

Изменение мощности слоя А пористых сухих или влагонасыщенных пород, прилегающего к земной поверхности, по оси х вдоль профиля ЭП целесообразно определять из выражения

(5)

где: к0 — значение И, определенное из геологических данных в точке профиля, где эффективное УЭС равно рко; р/ - УЭС пород первого слоя;/- стандартное решение прямой задачи электроразведки (палетка) для заданного соотношения УЭС слоев.

На физической модели дамбы ГТС с использованием геометрического подобия (с учетом одинаковых УЭС среды и модели, а также режимов тока и падения напряжения) изучено влияние геометрических параметров дамбы (углов откосов а, ширины гребня 2в, высоты насыпного слоя Я, высоты заполнения хранилища Н3) на плотность зондирующего тока и геометрический коэффициент установки. Поскольку геометрический коэффициент установки при ВЭЗ и ЭП рассчитывают для идеальных условий (полупространства), получены поправочные коэффициенты кш (для низового откоса) и кП2 (для верхового) в диапазоне а = 27 + 55° (рис. 1)

а б

0 0,2 0,4 0,6 0,8 в/Н 0 0,2 0,4 0,6 0,8 в/Н Рис. 1. Зависимости поправочных коэффициентов кт для низового откоса (а) и кП2 для верхового при а = 55° и Нз = 0,17#(б) от соотношений геометрических параметров дамбы в/Н: 1 -АВ/Н= 0,4; 2 - 0,8; 3 - 1,5; 4 - 2

Т.к. кщ-кт - 0,6, то предложенная методика позволяет повысить точность геоконтроля при наиболее неблагоприятном соотношении параметров дамбы на 40%.

Третья глава посвящена комплексному исследованию параметров зон влагонасьпцения и разуплотнения, определяющих физическое состояние грунтовых дамб гидротехнических сооружений, на основе геоэлектрического мониторинга.

Основными признаками, характеризующими особенности физических процессов в техногенных массивах дамб ГТС являются вид основания сооружения (естественные или намывные) и рельеф основания (дамбы равнинного и овражного типа).

Комплекс методов исследований включал в себя следующее:

- основным методом, обеспечивающим наибольший объем информации, является бесскважинный геоэлектрический по схемам ВЭЗ и ЭП;

- геолого-маркшейдерские методы включали инженерно-геологические изыскания (бурение скважин, отбор проб, геологическое описание и лабораторные испытания образцов), проводившиеся в основном ОАО «КузбассТИСИЗ», визуальные наблюдения водопроявлений и нарушений устойчивости сооружений;

- пьезометрические (гидродинамические) наблюдения в специально оборудованных скважинах;

- инструментально-механические наблюдения включали установку реперов и измерение их смещений при помощи высокоточных тахеометрических и СРБ-измерений (с погрешностью определения координат в плане ±10 мм и по высоте ±15 мм) (проводились НФ «КУЗБАСС-НИИОГР»).

Характерным сооружением равнинного типа на естественном основании является дамба шламового отстойника ОФ ОАО «Шахта им. С.М. Кирова». Основные параметры дамбы следующие: емкость 640 тыс. м3, площадь 20 га, заложение откосов 1:3, ширина по гребню 5 м, высота 5 ч- 8 м, длина напорного фронта 1840 м. Дамба была отсыпана местными суглинками без противофильтрационных устройств, затем наращивалась дресвяным грунтом (породо-угольным осадком шлама).

На первом этапе исследований были проведены ВЭЗ с разносами АВ < 60 м на 5 участках, в результате чего были выявлены графики р^АВ) трех типов:

- без аномалий в пределах насыпного слоя и основания на участках без водопроявлений на низовом откосе;

- с отрицательными аномалиями с амплитудой Арк = 5 + 8 Омм на интервалах АВ = 5 + 15 м при частичном и АВ = 5 т 20 м при интенсивном обводнении техногенного массива;

- с отрицательными аномалиями Арк = 5 + 10 Ом-м на интервалах АВ =10 ■г- 30 м при водопроявлениях на откосе и заболачивании основания.

Глубинность зондирования составила И = (0,35 + 0,4) АВ.

На втором этапе были проведены измерения методом ЭП по оси гребня с разносами АВ = 10,5, 15 и 25 м, соответствующими выявленным при ВЭЗ границам обводненных зон и шагом Ах = 10 м. Общая протяженность профиля составила более 2000 м, наиболее характерные результаты приведены на рис. 2. Из полученных данных следует, что обводненные зоны в теле дамбы диагностируются при глубине зондирования, соответствующей середине насыпного массива (х = 90 -г-160 м и х = 430 -=- 550 м), а в основании дамбы - по разнице эффективного УЭС при разносах, соответствующих верхней и нижней границам этих зон (Рк|аВ=15 - Рк|аВ=25 >(10+ 15%) рк).

Характерным отличием дамб овражного типа являются значительная высота насыпного слоя при ограниченной протяженности. В работе описаны результаты

исследований, проведенных на дамбе илонакопителя ОФ ЗАО «Черниговец», имевшей длину 210 м, максимальную высоту в тальвеге лога 17,0 м, ширину по гребню 10 + 15 м, в основании 70 4- 80 м.

Рк,

Омм 20

Рис. 2. Результаты выявления скрытых обводненных зон в теле (1) и основании дамбы (2) по результатам ЭП: - АВ=10,5 м;-----АВ=15 м;................АВ=25 м

Изучены изменения физико-механических свойств насыпного массива суглинков по глубине дамбы. На рис. 3 приведены графики изменения физико-механических параметров грунтов техногенного массива, а также изменение уровня грунтовых вод, определенного методами гидрогеологических наблюдений в скважинах, оборудованных пьезометрами, и геоэлектрического мониторинга по схеме ВЭЗ.

Физическое состояние массива определяется действием двух основных факторов: уплотнения пород под действием объемных гравитационных сил и влаго-насыщения пор водой, фильтрующейся через тело дамбы. Действие первого фактора является причиной увеличения объемной массы р' и сцепления С, а второго -причиной увеличения влажности IV, уменьшения угла внутреннего трения <р вдвое, а консистенции Д в 5 раз. Таким образом, геометрические размеры влаго-насыщенных зон в теле дамбы полностью определяют изменение условий ее устойчивости.

Геоэлектрический мониторинг, проведенный по схемам ВЭЗ, продольного и поперечного ЭП по гребню и низовому откосу дамбы, позволил установить глубину А, расположения верхней границы обводненной зоны в ее продольном и поперечном сечениях, а также изменение контуров этой зоны по мере увеличения заполнения илонакопителя (рис. 4).

Наблюдения показали, что в массивах дамб данного типа при предельных нормативных условиях эксплуатации обводненные зоны приурочены к тальвегам логов, их площадь в плане может составлять более 50% от площади дамбы, а глу-

1 2 \

ЮШ4\ ГЩ12 пки П СИ ПК9 гг <8

750 800 850 900 х,м

бина расположения их верхних границ, определенная с помощью зависимости (5), составляет 4 -4- 8 м от гребня и 2,5 + 3 м от низового откоса.

Наиболее сложными объектами геоконтроля являются ITC на неустойчивых (намывных основаниях). В качестве подобного объекта исследований была выбрана перемычка гидроотвала №3 ОАО «Разрез Кедров-ский». Инженерно-геологические изыскания показали, что структура техногенного массива объекта следующая: насыпные грунты мощностью 11 + 15 м, представленные обломками скальных вскрышных пород размером более 0,2 м с мелкодисперсным заполнителем полостей (табл. 1); намывной влагонасыщенный грунт основания с мощностью слоя до 40,9 м; коренные четвертичные отложения, подстилаемые скальными породами. о>

дольного ЭП Рк (х) (б) для дамбы овражного типа: 1 - насыпной грунт; 2 - влагонасыщенный грунт; -штатный режим;-----предельный режим

Рис. 3. Изменение физико-механических свойств по глубине техногенного массива и расположение границы обводненной зоны

Физические процессы в ГТС данного типа характеризуется сочетанием гидродинамических процессов формирования скрытых обводненных зон и коллекторов с одновременно происходящими вертикальными и горизонтальными деформациями техногенного массива.

На рис. 5 приведены результаты наблюдений за развитием фильтрационного коллектора в южной части перемычки (аналогичный коллектор сформировался также в ее северной части). Анализ полученных данных показал, что эти коллекторы имеют относительно стабильную ширину 30 + 50 м, их нижняя граница приурочена к поверхности намывного слоя, а форма верхней границы зависит от уровня заполнения гидроотвала.

У„м

Р„,Ом-м

7Q /2

У ^4 ? V

' V У 40

О,

-10

-20

-30

-40

Rp2 -50

V4/ V II

20 X /V 40 Л / бо а?0;

3' МГ

r-Ü \ \ 1

Г гЫ

i i •

- т Щ

Х2 40 30 20 10 02 -10 -20 -30 -40

Рис. 5. План опытного участка (а), результаты геоконтроля развития фильтрационного коллектора в теле перемычки во времени по данным продольного (б) и поперечного (в) ЭП: 1 -09.07.02; 2-23.07.02; 3-27.09.02; 4-09.07.03; 5-16.10.03

Площадь в плане зон скрытых коллекторов изменялась в диапазоне 4 + 7 тыс. м2 (рис. 6), а изменение усредненной степени влагонасыщенности массива W, оцененное с помощью зависимости (4), весьма неравномерно (рис. 7).

Для контроля деформационных процессов были проведены измерения скоростей горизонтальных УЕ и вертикальных У2 смещений реперов, установленных на профильной линии (11р0 + Яр8) вдоль гребня перемычки электронным тахео-

метром Sokkia Set 600. Параллельно проводили геоэлектрические исследования методом ЭП с разносом АВ = 60 м, соответствующим глубине расположения верхней границы обводненной зоны.

тыс. м*

2 V -f-г

? \

W0 1,1

1,05

1.0

ь ? 1

L — "" * "М

0 3 6 9 12 Ъмес. Рис. 6. Изменение площади Б обводненной зоны во времени: 1 - южный участок; 2 - северный участок

0 2,5 5,0 7,5 10 12,5 1, мсс. Рис. 7. Изменение средней влагонасы-щенности ЧУ насыпных грунтов в зоне

коллектора во времени: 1,4- продольные сечения в районах низового и верхового откосов; 2 - по глубине; 3 - поперечное сечение Совместный анализ графиков (рис. 8) позволил сделать следующие выводы:

VE, мм/сут

10 5 0

ш 2 -л*

** —

В ВЖИ" --- y^Tl r-t 1 1 -----г; ■■

У^, мм/сут

5 10

80' 60

40 20

____

1J >.* ™ ■ ■ -------- ■о-'.- .....А.,

2 3 4 5 6 7 8р

■ф

------»3— 5

2 3 4 5 6 7 8т

Рис. 8. Изменение скоростей горизонтальных УЕ, вертикальных Уг смещений и эффективного УЭС рк по оси реперов Яр1 + Лр8 перемычки на намывном основании: 1 - начальный замер; 2 - через 1 мес.; 3 - 2,5 мес.; 4-12 мес.; 5-15 мес.

- в южной части перемычки (Rpl + Rp4), где высота намывного слоя основания составляла hH = 3 + 7 м, преобладали процессы консолидации насыпных фунтов, сопровождающиеся в соответствии с (3) общим снижением уровня рк, локальные изменения рк в районе Rp3 связаны с расслоениями над руслом коллектора (рис. 5);

- в северной части (Rp5 -г- Rp8) перемычки с максимальной мощностью намывного слоя (hH = 13 + 41 м) уплотнение грунтов под действием гравитационных сил и порового давления сопровождалось погружением насыпного слоя в намывной и плоскопараллельным перемещением массива вместе с основанием.

Между скоростями смещений и приращениями рк установлены корреляционные зависимости:

VE = 3,03 + 0,28 Арк, (коэффициент корреляции г = 0,773, критерий надежности оценки t = 4,39, доверительный интервал AVe - ± 1,04 мм/сут);

Vz = 2,39 + 0,2 &рк (г = 0,677, t = 3,32, AVZ = ± 1,36 мм/сут).

Таким образом, инструментально-механические и геофизические методы геоконтроля в комплексе обеспечивают повышение информативности физического прогноза за счет сочетания точечных замеров смещений с зондированием массива по профилям.

Четвертая глава посвящена совершенствованию способов, методик и компьютерных программ для оценки устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений.

Для повышения точности оценки устойчивости откосов дамбы ГТС, а также бортов карьеров, отвалов, насыпей и выемок предложено устанавливать момент перехода от скрытой стадии формирования оползня к деформациям и разрушениям пород по критическим значениям площади зоны водонасыщения или разрушения, имеющей форму, близкую к эллипсу (рис. 5).

Величины осей данной зоны устанавливают по размерам соответствующих отрицательных (положительных) аномалий на графиках электропрофилирования по продольной оси, расположенной в средней части гребня дамбы параллельно бровке, с глубиной зондирования, соответствующей залеганию вероятной поверхности скольжения, и поперечной оси, расположенной в точке экстремального значения рк. Для дамб равнинного типа с шириной гребня до 5 м для прогноза достаточно измерений по продольному профилю (рис. 2).

При применении на откосах укрепительных работ наименее устойчивым является участок техногенного массива с минимальным значением коэффициента запаса устойчивости kf, определяемого из уравнения (1) по соотношению сдвигающих и удерживающих сил с учетом известных физико-технических параметров горных пород. При этом основным переменным фактором считают изменяющуюся глубину залегания h вероятной поверхности скольжения, прогнозируемую по графикам ЭП путем расчета с использованием уравнения (5).

Оба технических решения защищены патентами РФ (№№ 2237165 и 2239064).

Для повышения оперативности оценки устойчивости откосов разработана

компьютерная программа, отличительной особенностью которой является возможность введения параметров депрессионной кривой, определенных геоэлектрическим методом (рис. 4, а). Программа, блок-схема которой приведена на рис. 9, реализована в среде Delphi 6 и снабжена удобным для пользования интерфейсом.

Определение функции ординаты депрессионной кривой в пределах блока: lf= 2| {q/krd-x-m^+hly, ; )

Определение геометрических параметров блоков призмы возможного обрушения: щ > А/, а,, , //

♦ ♦

Расчет гидростатических и гидродинамических сил: Ф, =(Yt-HM(e/cosal) Определение свойств пород: С, ф, р' Геометрические параметры дамбы: h, mh, а

♦ * 1 \

Расчет моментов удерживающих сил | Расчет моментов сдвигающих сил Мсдв

Расчет коэффициента запаса устойчивости:

_кГ{муджмсдв)_

Рис. 9. Блок-схема к расчету коэффициента запаса устойчивости откосов дамб гидротехнических сооружений: YT,, Y1,, ifi - ордината депрессионной кривой, определенная соответственно аналитическим, пьезометрическим и геоэлектрическим методами; q - удельный расход воды через тело дамбы; kr - коэффициент фильтрации грунтов тела дамбы; L - горизонтальная проекция расстояния от уреза воды до подошвы низового откоса; х — расстояние от /-ого сечения до подошвы откоса дамбы; отя - заложение низового откоса; he - высота выхода воды на низовой откос; вь h, - соответственно, ширина и высота расчетного блока; а, - угол наклона основания блока; Н, -величина гидравлического напора; /, - длина поверхности скольжения в пределах расчетного блока; С - сцепление пород тела дамбы; р' - плотность грунта; р'в~ плотность воды; h - высота дамбы; а - угол откоса дамбы

Реализация разработанных методик и программ на трех объектах ГТС (табл. 2), показала, что расхождение оценки в сравнении с апробированными (аналитическим и пьезометрическим) методами не превышает 20 %.

Таблица 2

Результаты расчетов ^-объектов ГТС

Параметры Дамба илонакопителя ЗАО "Черниговец" Дамба шламонакопи-теля ОФ ОАО "Шахта им. С.М. Кирова" Перемычка щцроогва-ла ОАО "Кедровский"

1 2 3 1 2 3 1 2 3

С, МПа 0,0471 0,0170 0,007

<Р, град. 23 27 28

р, г/см3 2,0 1,5 2,3

£Ф, МПа 214,9 121,6 171,8 14,7 23,4 25,8 71,8 48,1 42,1

Муц, МПа-м 381,5 421,1 399,8 28,9 24,6 23,3 170,0 181,8 184,8

Мсд, МПа-м 207,9 15,9 163,9

kf 1,84 2,03 1,92 1,82 1,52 1,46 1,04 | 1,11 1,13

* 1 - аналитический метод; 2 - пьезометрический; 3 - геоэлектрический

Поскольку Правила безопасности ГТС предусматривают обязательную оценку последствий разрушений ограждающих сооружений, разработана методика геоэлектрического мониторинга и последующих компьютерных расчетов, включающая следующие основные этапы:

- прогноз наиболее опасных расчетных сечений дамбы по данным мониторинга;

- поэтапный циклический расчет параметров прорана (размыва);

- определение параметров потока в сечении у подошвы откоса дамбы;

- установление границ потока по трассе растекания;

- расчет эколого-экономического ущерба от аварии.

В табл. 3 приведены результаты прогнозных расчетов последствий возможной гидродинамической аварии дамбы шламового отстойника ОФ ОАО "Шахта им. С.М. Кирова", вероятные места прорыва которой определены геоэлектрическим методом (рис. 2). Зоны возможного затопления на плане дамбы и прилегающей территории приведены на рис. 10.

Таблица 3

Расчет эколого-экономического ущерба от гидродинамической аварии дамбы

Параметры Расчетные сечения

1 2 3 4 5

Заложение откоса тн 1,94 1,34 1,75 1,69 1,35

Ширина гребня £q, м 9,5 6,5 5,4 7,0 4,5

Время излива потока Т, ч 4,22 2,86 3,02 3,29 2,32

Высота волны у подошвы откоса hmax, м 0,36 0,32 0,34 0,33 0,42

Объем излившегося потока V, тыс. м3 438,8 409,2 410,9 415,6 783,1

Площадь затопления S, га 0,12 0,05 1,44 1,96 3,04

Эколого-экономический ущерб Э, тыс. руб. 653,5 637,5 683,9 707,6 1312,8

р. Иня

Рис. 10. Оценка последствий гидродинамической аварии шламового отстойника в 4 расчетных сечениях: 2 -5- 5 - зоны возможного затопления

Проведенные исследования способствовали снижению вероятности загрязнения прилегающих земель и природоохранного объекта - реки Иня, ущерб от которого мог превысить 1,3 млн.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические решения по исследованию физического состояния и оценке устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом, обеспечивающие повышение безопасности горных работ, снижение затрат на эксплуатацию данных объектов и природоохранные мероприятия, что имеет существенное значение для горнопромышленной геологии и геофизики.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

гидро- и газодинамическими методами не обеспечивает достаточного объема информации, требует значительного объема буровых работ. Целесообразно развитие в данном направлении методов бесскважинного геоэлектрического контроля, основанных на оперативных измерениях аномалий электрических полей, взаимосвязанных с изменениями пористости и влагонасьпценности насыпных пород.

2. Породы техногенных массивов ГТС характеризуются высокими значениями пористости (т = 0,35 -г 0,51) и степени влагонасьпценности (Ж = 0,12 -т-0,44), а жидкая фаза глинистой пульпы, угольного шлама и отфильтрованная вода относятся к среднеминерализованным растворам. При этом параметры извилистости поровых каналов и смачиваемости изменяются в диапазонах /? = 1,3 4- 1,5 и /= 1,4 -г 4,6 и линейно связаны между собой. Изменения влагонасьпценности и пористости техногенного массива связаны с изменениями удельного электросопротивления (УЭС) и структурными параметрами степенными зависимостями.

3. Установление расположения верхней границы протяженной обводненной зоны, глубины и эффективного радиуса локальной влагонасыщенной зоны обеспечивается по графикам вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирования (ЭП). При этом глубинность зондирования, изменяющуюся в диапазоне 0,1 -г 0,5 от базы измерительной установки, целесообразно устанавливать экспериментально путем сопоставления результатов ВЭЗ с данными предварительных инженерно-геологических изысканий. Для учета влияния на результаты геоэлектрического контроля геометрических параметров дамб (высоты, ширины насыпного слоя, углов откоса) и степени заполнения следует корректировать коэффициент установки путем введения дополнительного коэффициента, изменяющегося в диапазоне 0,74 + 1.

4. Изменение физического состояния грунтовых дамб на устойчивых естественных основаниях определяется интенсивностью гидродинамических процессов формирования обводненных зон и скрытых фильтрационных коллекторов, причем в дамбах равнинного типа данные зоны приурочены к местам водопроявле-ний на низовом откосе, заключаются в частичном влагонасьпцении тела дамбы и ее основания и имеют протяженность в плане от 20 до 100 м. В дамбах овражного типа эти зоны приурочены к тальвегам логов с расположением верхней границы обводненной зоны на глубине 4 + 8 м от гребня и 2,5 -ь 3 м от откоса, причем с увеличением степени заполнения хранилища эта глубина пропорционально уменьшается, а локальные коллекторы имеют тенденцию к слиянию.

Диагностирование обводненных зон по глубине обеспечивается ВЭЗ с глубиной зондирования, на 20 -г 50% превышающей высоту дамбы, в плане - продольным ЭП с глубиной зондирования, соответствующей верхней и нижней границам обводненного слоя, выявленным ВЭЗ, а формы депрессионной поверхности - поперечным ЭП.

5. Изменение физического состояния техногенных массивов на намывных основаниях определяется как гидродинамическими процессами, приводящими к формированию скрытых фильтрационных коллекторов шириной 30-50 м, приуроченных к верхней границе намывного слоя, высота которых зависит от режима заполнения хранилища, так и деформационными, являющимися следствием кон-

солидации техногенных пород под действием гравитационных сил, внешних нагрузок, гидростатического и порового давления, разуплотнения над зонами коллекторов, а также плоскопараллельных горизонтальных перемещений участков дамбы за счет проявления ползучести намывного слоя.

6. Повышение точности оценки устойчивости откосов дамб ГТС (уступов бортов карьеров) обеспечивается установлением площади зоны водонасыщения или разуплотнения, размеры которой определяют по отрицательным или положительным аномалиям на графиках ЭП: продольного по оси, параллельной бровке гребня дамбы (уступа борта), и поперечного по оси, расположенной в точке с экстремальной аномалией (патент РФ №2237165).

Повышение устойчивости откосов обеспечивается определением участка, подлежащего укреплению, по минимальным значениям коэффициента запаса их устойчивости, рассчитываемым с учетом изменяющейся глубины залегания вероятной поверхности скольжения, прогнозируемой по графикам продольного ЭП по оси дамбы (уступа) (патент РФ №2239064).

7. Совершенствование методик оценки устойчивости техногенных массивов ГТС обеспечивается определением методом ВЭЗ и ЭП изменения ординаты де-прессионной кривой в расчетных сечениях дамбы и расчетом с помощью разработанного пакета программ коэффициента запаса устойчивости с учетом свойств горных пород, геометрических параметров дамбы и призмы возможного обрушения, а также гидростатических и гидродинамических сил.

При реализации разработанных методик на трех ГТС Кузбасса максимальное расхождение с апробированными методиками (на основе аналитического и пьезометрического метода) составило 20%.

8. Совершенствование методик прогноза ущерба от нарушения устойчивости ГТС обеспечивается определением потенциально опасных сечений дамбы геоэлектрическим методом и поэтапным расчетом параметров размыва прорана, потока у подошвы откоса и по трассе растекания, эколого-экономического ущерба.

Выполнение работы позволит значительно повысить уровень безопасности при эксплуатации гидротехнических сооружений за счет получения дополнительного объема информации о протекающих в техногенном массиве геомеханических процессах.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Бахаева, С. П. Исследование устойчивости насыпных гидротехнических сооружений горнодобывающих предприятий / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, С. М. Простое, Е. В. Костюков, Е. А. Серегин // Вестник КузГТУ. - 2002. - №5. -С. 95-96.

2. Бахаева, С. П. Отработка техногенного массива четвертичных отложений гидроотвала в условиях ОАО «Разрез Кедровский» / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, А. И. Федосеев, Е. В. Костюков, Е. А. Серегин // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Сб. науч. тр. - Кузбас. политехи, унт. - Кемерово. - 2002. - С. 66-67.

3. Простое, С. М. Геоконтроль структурных аномалий в углевмещающих осадочных породах / С. М. Простое, М. В. Гуцал, Е. В. Костюков // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. №20. - НТЦ «Кузбассуглетехнология». - Кемерово. -

2003.-С. 83-87.

4. Бахаева, С. П. Комплексная оценка геомеханических процессов дамб из грунтовых материалов / С. П. Бахаева, С. М. Простов, Е. В. Костюков, Е. А. Серегин // Маркшейдерский вестник. - 2003. - №2. - С. 62-66.

5. Бахаева, С. П. Условия и причины оползней изотропных массивов на угольных разрезах Кузбасса / С. П. Бахаева, М. А. Кузнецов, Е. В. Костюков // Маркшейдерский вестник. - 2004. - №1. - С. 43-47.

6. Костюков, Е. В. Прогноз устойчивости ограждающих дамб гидротехнических сооружений на основе геоэлектрического контроля их состояния/ Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. - 2004. - №2. - С. 1418.

7. Костюков, Е. В. Исследование параметров обводненных зон в протяженной дамбе шламового отстойника «Дальний» ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева, М. В. Гуцал // Вестник КузГТУ. -

2004.-№2.-С. 18-23.

8. Простов, С. М. Электрофизические свойства техногенных грунтовых массивов гидротехнических сооружений / С. М. Простов, Е. В. Костюков, М. В. Гуцал // Вестник КузГТУ. - 2004. -№3. - С. 21-25.

9. Костюков, Е. В. Исследование динамики развития фильтрационных коллекторов в теле ограждающей перемычки гидроотвала геоэлектрическим методом / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. - 2004. - №3. -С. 26-29.

10. Бахаева, С. П. Анализ причин деформационных процессов прибортовых массивов в условиях Кузбасса / С. П. Бахаева, М. А. Кузнецов, Е. В. Костюков // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №3. - С. 50-53.

П.Костюков, Е. В. Исследование гидродинамических процессов в дамбе илонакопителя ОФ ЗАО «Черниговец» / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. - 2004. - №4. - С. 9-12.

12. Костюков, Е. В. Исследование геомеханических процессов в теле ограждающей перемычки гидроотвала / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева, Е. А. Серегин // Вестник КузГТУ. - 2004. - №4. - С. 13-16.

13.Простов, С. М. Исследование влияния геометрических параметров дамб на точность геоэлектрического контроля их состояния / С. М. Простов, Е. В. Костюков // Вестник КузГТУ. - 2004. - №5. - С. 38-41.

14. Костюков, Е. В. Оценка последствий гидродинамической аварии на основе мониторинга безопасности ограждающих дамб накопителей / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. И. Протасов, С. П. Бахаева // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №5. - С. 26-28.

15. Костюков, Е. В. Совершенствование методов прогноза устойчивости техногенных массивов ГТС на основе геоэлектрического контроля их состояния / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // ГИАБ. - 2004. - №6. - С.111-116.

16.Патент № 2237165 C1 (RU), МПК 7 Е 21 С 41/26. Способ повышения устойчивости уступов бортов карьеров / С. М. Простов, С. П. Бахаева, Е. А. Серегин, Е. В. Костюков, В. В. Ермошкин. -№ 2003105074/03; Заявл. 20.02.03; Опубл. 27.09.04; Бюл. № 27.

17. Патент № 2239064 C1 (RU), МПК 7 Е21С41/26. Способ оценки устойчивости борта карьера / С. М. Простов, С. П. Бахаева, Е. А. Серегин, Е. В. Костюков, В. В. Демьянов, В. В. Ермошкин. - № 2003105075/03; Заявл. 20.02.03; Опубл. 27.10.04; Бюл. № 28.

Подписано в печать 05.05.05. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

I1 -885 8

РНБ Русский фонд

2006-4 14074

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Костюков, Евгений Владимирович

ВВЕДЕНИЕ. л 1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД И ПРОГНОЗА ПРОИСХОДЯЩИХ в НИХ ПРОЦЕССОВ.

1.1. Актуальность проблемы прогноза устойчивости техногенных массивов гидротехнических сооружений.

1.2. Методы прогноза устойчивости естественных и техногенных породных массивов при ведении открытых горных работ.

1.3. Методы контроля физического состояния массивов горных пород

1.3.1. Геолого-маркшейдерские, инструментально-механические и гид-ро-газодинамические методы.

1.3.2. Геофизические методы.

1.3.3. Геоэлектрические методы.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследований.

2. УСТАНОВЛЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ ДАМБ ГТС КАК ОБЪЕКТОВ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ.

2.1. Исследование взаимосвязи физико-механических и электрофизических свойств техногенных грунтовых массивов гидротехнических сооружений

2.2. Исследование влияния геологической структуры массива на глубинность геоэлектрического зондирования.

2.3. Исследование влияния геометрических параметров дамб при геоэлектрическом контроле их состояния.

ВЫВОДЫ.

3. КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗОН ВЛА-ГОНАСЫЩЕНИЯ И РАЗУПЛОТНЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ГРУНТОВЫХ ДАМБ ГИДРОТЕХ

НИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, НА ОСНОВЕ ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА.

3.1. Определение параметров зон влагонасыщения тела протяженной

Ш дамбы малого сечения равнинного типа геоэлектрическим методом

3.2. Исследование гидродинамических процессов в дамбе овражного типа среднего сечения и протяженности на устойчивом основании геоэлектрическим и пьезометрическим методами.

3.3. Комплексное исследование гидродинамических и деформационных процессов в ограждающей перемычке большого сечения на намывном основании. ВЫВОДЫ.

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ, МЕТОДИК И КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТОВЫХ ДАМБ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ.

4.1. Разработка способов прогноза и повышения устойчивости массивов горных пород на угольных предприятиях на основе геоэлектриче

I ского контроля их состояния.

4.2. Совершенствование методики и разработка компьютерных программ прогноза устойчивости техногенных массивов гидротехнических сооружений.

4.3. Совершенствование методик и разработка компьютерных программ прогноза ущерба от нарушения устойчивости гидротехнических сооружений

1 ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом"

Гидротехнические сооружения (ГТС) являются объектами, непосредственно обеспечивающими технологические процессы предприятий горнодобывающей и смежных отраслей промышленности. Нарушение устойчивости дамб ГТС может привести к значительному экономическому и экологическому ущербу. В мировой практике известны случаи прорыва дамб и плотин, приведших к человеческим жертвам и имевшие масштабы национальных катастроф. В Кузбассе эксплуатируются более 130 накопителей, отстойников, шламохранилищ, гидроотвалов, различающихся по классу ответственности, емкости, высоте, протяженности, рельефу основания, способу возведения и другим признакам. Зафиксирован ряд случаев деформаций техногенных массивов ГТС, причем основными причинами разрушения дамб являются отсутствие и недостаточная информативность инженерно-геологических изысканий, нарушения норм проектирования, технологии строительства и правил эксплуатации объектов. По данным Ростехнадзора более 2% хвостохранилищ

Ф находятся в аварийном состоянии. В этой связи в соответствии с Федеральным

Законом «О безопасности ГТС» созданы специальные аналитические центры, разработана программа, предусматривающая периодическое обследование объектов, мониторинг и прогноз их безопасной эксплуатации.

Оценка устойчивости откосов техногенных массивов, основанная на определении соотношения моментов сдвигающих и удерживающих сил, суммируемых в пределах призмы возможного обрушения, требует знания динамики происходящих в них физических процессов. Геолого-маркшейдерские, инструментально-механические, гидро- и газодинамические методы геоконтроля не обеспечивают требуемого объема информации, связаны со значительными объемами буровых работ. Целесообразно развитие в данном направлении бес-скважинных геоэлектрических методов, основанных на оперативном мониторинге аномалий геоэлектрических полей, взаимосвязанных с изменениями физических свойств техногенных массивов. До настоящего времени не отработаны методики геоконтроля (не установлены диапазоны изменения расчетных постоянных для насыпных пород и зависимости между ними, не оценены глу-* бинность зондирования объектов и влияние на точность измерений их геометрических параметров), не изучены особенности гидродинамических и деформационных процессов в массивах ГТС различного типа, применяемые методики оценки устойчивости откосов не адаптированы к возможностям оперативного мониторинга состояния горных пород.

Актуальным представляется исследование физического состояния (вла-гонасыщенности, степени уплотнения) техногенных массивов грунтовых дамб комплексом методов, включая геоэлектрические, совершенствование на этой основе способов и методик оценки устойчивости объектов ГТС, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию.

Исследования выполнялись в соответствии с планами хоздоговорных # НИР ГУ КузГТУ и Минтопэнерго (объем финансирования в 2002 т 2004 гг. 260,0 тыс. руб.) при поддержке гранта Минобразования РФ А 03-2.13-12, гранта РФФИ по проекту № 05-05-64100, а также планом работ аналитического центра по мониторингу ГТС предприятий угольной промышленности России — НФ "КУЗБАСС-НИИОГР".

Методы исследований. Выполнен комплекс исследований, включающий анализ, обобщение данных технической литературы и патентной информации, аналитические исследования с использованием классических методов и моделей геоэлектрического контроля, лабораторные методы изучения физических свойств образцов горных пород и моделирования объектов геоконтроля на экспериментальной установке, натурные экспериментальные исследования на объектах ГТС предприятий угольной отрасли с привлечением данных геологических служб и инструментальных наблюдений, методы реализации многоэтапных и циклических расчетов в форме компьютерных программ, статистическая обработка результатов измерений.

Объекты исследования - техногенные массивы дамб, плотин, перемычек ГТС, сложенные вскрышными скальными породами и мягкими связными грунтами.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- изменения пористости и влагонасыщенности техногенных грунтовых массивов дамб ГТС связаны с приращениями удельного электросопротивления степенными зависимостями, при этом входящие в них структурные параметры извилистости и смачиваемости поровых каналов изменяются в диапазонах Р = 1,3-М,5иу=1,4-т- 4,6, а учет геометрических параметров объектов и степени заполнения емкости обеспечивается введением дополнительных коэффициентов измерительной установки, изменяющихся в пределах 0,74 4- 1;

- изменение физического состояния грунтовых дамб на естественных основаниях определяется интенсивностью гидродинамических процессов формирования скрытых обводненных зон в теле дамб и породах основания, причем в дамбах равнинного типа протяженность этих зон в плане составляет 20 ч- 100 м, а в дамбах овражного типа они приурочены к тальвегам логов с расположением верхней границы на глубине 4 -г 8 м от гребня и 2,5 ч- 3 м от низового откоса;

- изменение физического состояния дамб на намывных основаниях определяется гидродинамическими процессами формирования по контакту намывного слоя скрытых фильтрационных коллекторов шириной 30 -5- 50 м и деформационными процессами, связанными с консолидацией насыпных пород под действием внешних нагрузок и порового давления, локальным разуплотнением над зонами коллекторов, плоскопараллельным перемещением участков дамбы вместе с намывными грунтами основания;

- повышение точности оценки устойчивости откосов дамб ГТС обеспечивается установлением площади зоны водонасыщения (разуплотнения), размеры которой определяют по отрицательным (положительным) аномалиям на графиках продольного и поперечного электропрофилирования, а также выбором наиболее опасного участка дамбы по минимальным значениям коэффициента запаса устойчивости, рассчитываемого с учетом изменяющейся по длине дамбы глубины залегания вероятной поверхности скольжения, устанавливаемой по графикам продольного электропрофилирования по оси гребня.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении закономерностей комплексным геоэлектрическим методом гидродинамических и деформационных процессов в дамбах ГТС равнинного и овражного типа на естественных и намывных основаниях, определяющих изменение их физического состояния;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

Личный вклад автора заключается:

- в физическом моделировании геоэлектрического контроля состояния дамб на экспериментальной установке;

- в разработке рекомендаций по безопасной эксплуатации дамб ГТС.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке методик определения параметров обводненных зон и фильтрационных коллекторов в теле грунтовых дамб на основе методов бес-скважинного электрического зондирования и профилирования в комплексе с анализом геологических данных, пьезометрическими и инструментальными маркшейдерскими наблюдениями;

Реализация работы.

Рекомендации по безопасному режиму эксплуатации дамб ГТС, разработанные на основе результатов исследования физического состояния техногенных массивов, расчетов с помощью компьютерных программ коэффициентов запаса устойчивости и эколого-экономического ущерба от возможной аварии, использованы НФ "КУЗБАСС-НИИОГР" при оценке устойчивости и разработке мероприятий по повышению безопасности ГТС ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» (шламовый отстойник «Дальний» обогатительной фабрики), ЗАО «Черниговец» (илонакопитель обогатительной фабрики), ОАО «Разрез Кедровский» (ограждающая перемычка гидроотвала №3).

Методики бесскважинного геоэлектрического контроля гидродинамических и деформационных процессов в теле дамб, результаты их применения вошли составной частью в «Методические указания по контролю геомеханических и фильтрационных процессов в техногенных породо-грунтовых массивов ГТС горных предприятий комплексным геоэлектрическим методом», утвержденные НФ "КУЗБАСС-НИИОГР" и ОАО ХК (УК) "Кузбассразрезуголь".

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы обсуждались на II Российско-Китайском симпозиуме «Строительство подземных сооружений и шахт» (Кемерово, 2002 г.), Неделе горняка-2004 (Москва, 2004 г.), Международной научно-практической конференции в рамках выставки «Уголь России и майнинг» (Новокузнецк, 2004 г.), ежегодных научных конференциях студентов и преподавателей ГУ КузГТУ (Кемерово, 2002 4- 2004 гг.).

Экспонат «Геоэлектрический прогноз устойчивости дамб ГТС», подготовленный с участием автора диссертации, награжден дипломом Международной выставки-ярмарки «Экспо-Сибирь» (Кемерово, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе получено 2 патента на изобретения.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Костюков, Евгений Владимирович

Выводы

1. Повышение точности прогноза устойчивости откосов дамб ГТС, а также бортов карьеров, отвалов, насыпей, выемок обеспечивается определением вероятности перехода скрытой стадии оползня в открытую с деформациями и разрушениями пород по критическим значениям площади зоны водонасыще-ния или разрушения, имеющей форму эллипса, величины осей которого устанавливают по размерам соответствующих отрицательных или положительных аномалий на графиках электропрофилирования по продольной оси, расположенной в средней части гребня дамбы (уступа борта карьера) параллельно бровке, с глубиной зондирования, соответствующей залеганию вероятной поверхности скольжения, и поперечной оси, расположенной в точке экстремального значения УЭС.

Повышение устойчивости откосов обеспечивается определением участка проведения укрепительных работ (цементации, установки свай и т.п.) по минимальным значениям коэффициента запаса устойчивости, рассчитываемым по известным физико-техническим параметрам горных пород и изменяющимся значениям глубины залегания вероятной поверхности скольжения, прогнозируемым по графикам продольного электропрофилирования.

Технические решения защищены патентами №№ 2237165 и 2239064.

2. Совершенствование методик прогноза устойчивости техногенных массивов ГТС обеспечивается определением функции ординаты депрессионной кривой в пределах расчетного блока бесскважинным геоэлектрическим методом с последующим расчетом коэффициента запаса устойчивости по соотношению суммарных моментов сдвигающих и удерживающих сил с учетом геометрических параметров дамбы, призмы возможного обрушения, физико-механических свойств пород, а также рассчитываемых гидростатических и гидродинамических сил.

Для автоматизации расчетов разработаны пакеты компьютерных программ.

Реализация разработанных методик и программ на трех объектах ГТС угольных предприятий Кузбасса (разрезов "Черниговский" и "Кедровский", обогатительной фабрики шахты им. С.М. Кирова) показала, что расхождение в точности прогноза устойчивости в сравнении с апробированными аналитическим и пьезометрическим методами не превышает 20 %. При этом геоэлектрический метод обеспечивает значительно более высокую детальность и оперативность прогноза.

3. Совершенствование методик прогноза ущерба от нарушения устойчивости ГТС обеспечивается определением потенциально опасных сечений дамбы бесскважинным геоэлектрическим методом с последующим поэтапным расчетом параметров размыва прорана, определением параметров потока у подошвы откоса дамбы и по трассе растекания, расчетом эколого-экономического ущерба от последствий затопления.

Автоматизированные расчеты по данной методике обеспечиваются компьютерной программой "Зона затопления".

Реализация разработанных методик и программ в условиях дамбы шламового отстойника "Дальний" ОФ «Шахта имени С.М. Кирова» позволили установить 5 наиболее опасных расчетных сечений и оценить общий возможный эколого-экономический ущерб от предполагаемой гидродинамической аварии, который составил от 637,7 до 1312,8 тыс. руб. Проведенные исследования способствовали снижению вероятности загрязнения природоохранного объекта -реки Иня.

Заключение

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Гидротехнические сооружения (ГТС) горнодобывающих предприятий (дамбы, плотины, перемычки и др.) являются важными и ответственными объектами, поскольку они непосредственно обеспечивают технологический процесс, а их нарушение может привести к значительному экономическому и экологическому ущербу. Прогноз устойчивости техногенных массивов, основанный на определении соотношения моментов удерживающих и сдвигающих сил, суммируемых на поверхности вероятного скольжения, требует знания изменений их гидрогеологического режима и происходящих деформационных процессов. Мониторинг этих процессов маркшейдерско-геологическими, инструментально-механическими, гидро- и газодинамическими методами не обеспечивает достаточного объема информации, требует значительного объема буровых работ. Целесообразно развитие в данном направлении методов бесскважинного геоэлектрического контроля, основанных на оперативных измерениях аномалий электрических полей, взаимосвязанных с изменениями пористости и влагонасыщенности насыпных пород.

2. Вскрышные породы техногенных массивов ГТС характеризуются высокими значениями пористости (т = 0,35 + 0,51) и степени влагонасыщенности {W - 0,12 чг 0,44), а жидкая фаза глинистой пульпы, угольного шлама и отфильтрованная вода относятся к среднеминерализованным растворам. При этом параметры извилистости поровых каналов и смачиваемости изменяются в диапазонах Р= 1,3 + 1,5 и у = 1,4 ч- 4,6 и линейно связаны между собой. Изменения влагонасыщенности и пористости техногенного массива связаны с изменениями удельного электросопротивления (УЭС) и структурными параметрами степенными зависимостями.

3. Установление расположения верхней границы протяженной обводненной зоны, глубины и эффективного разноса локальной влагонасыщенной зоны обеспечивается по графикам вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирования (ЭП). При этом глубинность зондирования, изменяющуюся в диапазоне 0,1 0,5 от базы измерительной установки, целесообразно устанавливать экспериментально путем сопоставления результатов ВЭЗ с данными предварительных инженерно-геологических изысканий. Для учета влияния на результаты геоэлектрического контроля геометрических параметров дамб (высоты, ширины насыпного слоя, углов откоса) и степени заполнения следует корректировать коэффициент установки путем введения дополнительного коэффициента, изменяющегося в диапазоне 0,74 1.

4. Изменение физического состояния техногенных массивов дамб на устойчивых естественных основаниях определяется интенсивностью гидродинамических процессов формирования обводненных зон и скрытых фильтрационных коллекторов, причем в дамбах равнинного типа данные зоны приурочены к местам водопроявлений на низовом откосе, заключаются в частичном влагона-сыщении тела дамбы и ее основания и имеют протяженность в плане от 20 до 100 м, в дамбах овражного типа приурочены к тальвегам логов с расположением верхней границы обводненной зоны на глубине 4 ч- 8 м от гребня и 2,5 ^ 3 м от откоса, причем с увеличением степени заполнения хранилища эта глубина пропорционально уменьшается, а локальные коллекторы имеют тенденцию к слиянию.

Диагностирование обводненных зон по глубине обеспечивается ВЭЗ с глубиной зондирования, на 20 50% превышающей высоту дамбы, в плане — продольным ЭП с глубиной зондирования, соответствующей верхней и нижней границам обводненного слоя, выявленным ВЭЗ, а формы депрессионной поверхности - поперечным ЭП.

5. Изменение физического состояния техногенных массивов на неустойчивых (намывных) основаниях определяется как гидродинамическими процессами, приводящими к формированию скрытых фильтрационных коллекторов шириной 30 50 м, приуроченных к верхней границе намывного слоя, высота которых зависит от режима заполнения хранилища, так и деформационными, являющимися следствием консолидации техногенных пород под действием гравитационных сил, внешних нагрузок, гидростатического и порового давления, разуплотнения, над зонами коллекторов, а также плоскопараллельных горизонтальных перемещений участков дамбы за счет проявления ползучести намывного слоя.

6. Повышение точности прогноза устойчивости откосов дамб ГТС (уступов бортов карьеров) обеспечивается установлением площади зоны водонасы-щения или разуплотнения, размеры которой определяют по отрицательным или положительным аномалиям на графиках ЭП: продольного по оси, параллельной бровке гребня дамбы (уступа борта), и поперечного по оси, расположенной в точке с экстремальной аномалией (патент РФ №2237165).

7. Совершенствование методик прогноза устойчивости техногенных массивов ГТС обеспечивается определением методом ВЭЗ и ЭП изменения ординаты депрессионной кривой в расчетных сечениях дамбы и расчетом с помощью разработанного пакета программ коэффициента запаса устойчивости с учетом свойств горных пород, геометрических параметров дамбы и призмы возможного обрушения, а также гидростатических и гидродинамических сил.

При реализации методик прогноза на трех ГТС Кузбасса расхождение с апробированными методиками (на основе аналитического и пьезометрического метода) составило 20%.

8. Совершенствование методик прогноза ущерба от нарушения устойчивости ГТС обеспечивается определением потенциально опасных сечений дамбы геоэлектрическим методом и поэтапным расчетом параметров размыва прорана, потока у подошвы откоса дамбы и по трассе растекания, эколого-экономического ущерба.

Применение данной методики в условиях шламового отстойника ОФ «Шахта имени С.М. Кирова» показало, что эколого-экономический ущерб от аварии дамбы может составить от 637,7 до 1312,8 тыс. руб. Разработанные рекомендации способствовали предотвращению загрязнения реки Иня.

132

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Костюков, Евгений Владимирович, Кемерово

1. Тюпкин Ю.С. Международное десятилетие по уменьшению опасности стихийных бедствий / Ю.С. Тюпкин // Гидротехническое строительство 1991. - №2. — С.46-49.

2. Аксенов С.Г. Аварии на ограждающих сооружениях, основные причины и меры по их предотвращению Белгород: НИиПЭЦ "Промгидротехника".- 2003. -328с.

3. Гальперин A.M. Гидромеханизированные природоохранные технологии / А.М.Гальперин, Ю.Н. Дьячков. -М.: Недра 1993. - 254 с.

4. Гальперин A.M. Техногенные массивы и охрана окружающей среды / A.M. Гальперин, В.В. Ферстер, Х.Ю. Шеф. М.: МГГУ.- 2001. - 535 с.

5. Tailings dams risk of dangerous occurrences — Lessons learnt from practical experiences. Bulletin 121, ICOLD, Paris, 2001.- 144 p.

6. Мосейкин В.В. Формирование карстового рельефа на гидроотвале «Балка Чу-фичева» / В.В. Мосейкин, B.C. Зайцев, А.Ф. Лисеев // ГИАБ.- 2004.- №5.- С. 130132.

7. Обоснование критериев безопасности при строительстве, эксплуатации и консервации гидротехнических сооружений горнодобывающей отрасли. — Сп-б.: ВНИМИ.-1999. 117 с.

8. Мелентьев В.А. Катастрофические аварии хвостохранилищ / В.А. Мелентьев, М.П. Павич // Гидротехническое строительство. 1986. - №11. - С. 28-31.

9. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году». М.: Государственный центр экологических программ.- 2001. - 128 с.

10. Гальперин A.M. Инженерно-геологическое и геотехническое обеспечение возведения, консервации и рекультивации гидроотвалов и хвостохранилищ (анализ 30-летнего опыта) // Геоэкология. 2000 - №4 - С. 307-315.

11. Кириченко Ю.В. Геоэкологические аспекты формирования техногенных массивов // Геология и разведка 1999.-№6- С 36-42.

12. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов М.:Недра - 1965. -378 с.

13. Розанов Н.Н. Плотины из грунтовых материалов. — М.:Стройиздат.- 1983. -296 с.

14. Гидротехнические сооружения. М.:Стройиздат.- 1978. - 424 с.

15. Чугаев P.P. Земляные гидротехнические сооружения.-Л.:Энергия— 1967.460 с.

16. Ямщиков B.C. Контроль процессов горного производства.- М.: Недра 1989.446 с.

17. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов.- М.: Недра 1982.- 296 с.

18. Ржевский В.В. Основы физики горных пород / В.В. Ржевский, Г.Я. Новик,-М.: Недра.- 1984.-359 с.

19. Хямяляйнен В.А. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционногоупрочнения горных пород / В.А. Хямяляйнен, С.М. Простов, П.С. Сыркин.- М.: Недра.- 1996.- 288с.

20. А.с. 1574814 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения границ зон сдви• жения в бортах карьеров / Г.Ф. Бобров, В.М. Сбоев, Т.Х. Самданчап.-№4451375/24-03; Заявл. 19.05.88; Опубл. 25.10.90, Бюл.№24.

21. А.с. 1507970 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения прочностных свойств горных пород / Ю.М. Николашин, С.З. Полищук.- № 4344174/24-03; Заявл. 17.12.87; Опубл. 16.11.89, Бюл.№34.

22. А.с. 1040146 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения линии скольжения массива уступа карьера / З.Г. Каюмов.- № 2975579/22-03; Заявл. 28.08.80;1 Опубл. 07.09.83, Бюл.№33.

23. А.с. 1498918 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения коэффициента структурного ослабления массива горных пород / М.И. Барер, Ф.Г. Кобжасаро-ва.- № 4296397/23-03; Заявл. 20.08.87; Опубл. 10.09.89, Бюл.№29.

24. А.с. 1170141 СССР, МКИ Е21С 39/00, Е21В 47/022. Способ определения оползневых смещений в массиве / A.M. Мочалов, Г.В. Созыкин.- №3725211/22t 03; Заявл. 19.07.83; Опубл. 30.07.85; Бюл.№28.

25. А.с. 1492051 СССР, МКИ Е21С 39/00. Устройство для оценки смещения пород оползневого массива / Р.А, Ниязов, М.А. Афанасьев, Г.И. Вассерман.- № 4334172/23-03; Заявл. 24.11.87; Опубл. 07.07.89; Бюл.№25.

26. А.с. 1633121 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения сдвижений массива горных пород/ В.К. Пискарев, И.И. Протопопов, О.С. Кашпиров.-№4620611/22-03; Заявл. 19.12.88; Опубл. 14.05.91; Бюл.№9.

27. А.с. 1010271 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера № 4344174/24-03; Заявл. 23.12.80; Опубл. 07.04.83, Бюл.13.

28. А.с. 1161703 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения сдвижений массива горных пород / Ю.Ч. Туринцев, Ю.А. Кашников.- № 3677482/22-03; Заявл. 20.12.83; Опубл. 15.06.85; Бюл. №22.

29. А.с. 1209858 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ контроля устойчивости бортовкарьеров / В.В. Ржевский, И.М. Иофис, О.В. Овласюк.- № 3638474/22-03; Заявл. 13.09.83; Опубл. 07.02.86; Бюл.№5.

30. А.с. 1121430 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера / Ю.М. Николашин, А.И. Ильин, О.В. Овласюк и др. № 3622244/22-03; Заявл. 30.05.83; Опубл. 30.10.84; Бюл. №40.

31. А.с. 1196506 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера / Ю.М. Николашин, А.И. Ильин, И.А. Широков, Т.П. Каюнова.- № 3757471/22-03; Заявл. 21.06.84; Опубл. 07.12.85; Бюл.№45.

32. А.с. 859638 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ контроля размеров зон трещи-новатости пород вокруг горных выработок / М.П. Зборщик, А.Ф. Морозов, A.M. Малярчук.- № 2601864/22-03; Заявл. 10.04.78; Опубл. 30.08.81; Бюл.№32.

33. Александров И.Н. Особенности динамики относительных деформаций смещений приоткосных трещин на карьере «Удачный» / И.Н. Александров, Г.В. Шубин, Д.И. Кирюшин // ГИАБ.- 2004.- №5.- С. 95-98.

34. Александров И.Н. Исследование теплового режима приуступной и приоткос-ной части массива бортов карьера «Удачный» / И.Н. Александров, Г.В. Шубин, Д.И. Кирюшин // ГИАБ.- 2004.- №5.- С. 99-102.

35. Кириченко Ю.В.Устойчивость откосных сооружений намывных массивов Михайловского ГОКа / Ю.В. Кириченко, В.Н. Зуй, В.А. Лаушкина, Ю.С. Спиридонов // ГИАБ.- 2004.- №5.- С. 153-160.

36. Кутепов Ю.И. Изучение инженерно-геологических условий гидроотвалов Кузбасса на различных этапах существования / Ю.В. Кутепов, Н.А. Кутепова, А.Х. Саркисян // ГИАБ.- 2004.- №5.- С. 145-149.

37. Павилонский В.М. Экспериментальные исследования порового давления в глинистых грунтах. -М.:ВНИИ ВОДГЕО 1959. - 179 с.

38. Патент 2038595 РФ, МКИ G01N/33-24. Сейсмоакустический способ контроля качества укладки неоднородных грунтов в насыпь/ Ю.М. Горшков, В.И. Коптев, А.И. Савич и др.- № 5066919/33; Заявл. 29.09.92; Опубл. 27.06.95; Бюл.№18.

39. А.с. 1633122 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород / Г.И. Колчин, А.А. Вайнштейн, А.Г.

40. Гликман и др.- № 4631571/22-03; Заявл. 21.11.88; Опубл. 09.04.91; Бюл.№9.

41. Тютюнник П.М. Проектирование систем геоконтроля. М.: Изд-во МГИ — 1984.- Ч.1.- 66 с.

42. Тютюнник П.М. Геоакустический контроль состояния пород и качества предварительного тампонажа при сооружении шахтных стволов / П.М. Тютюнник, В.В. Смирнов, В.П. Сбитнев //Шахтное строительство.- 1984.- №2.- С.20-24.

43. Тютюнник П.М. Геоакустический многопараметровый контроль ледогрунто-вого ограждения при подземном городском строительстве способом замораживания / П.М. Тютюнник, B.C. Ямщиков, В.И. Ресин и др.// Шахтное строительство.- 1981.-№11.- С.9-14.

44. Методика контроля качества укрепления трещиноватых горных пород химическими растворами / Ин-т горного дела им. А.А. Скочинского.- М.: Из-во ИГД им. А.А. Скочинского.- 1978.- 36 с.

45. Ямщиков B.C. Акустическая установка "Цемент-МГИ" для контроля качества предварительного тампонажа горных пород / B.C. Ямщиков, П.М. Тютюнник,

46. B.В. Смирнов // Шахтное строительство.- 1981.- №8.- С.10-13.

47. Смирнов В.В. Акустический контроль качества тампонажа горных пород при сооружении ствола шахты / В.В. Смирнов, И.И. Андреева, П.М. Тютюнник и др. // Шахтное строительство.- 1986.- №8.- С.4-6.

48. Безденежных В.М. Контроль эффективности смолоинъекционного упрочнения трещиноватых скальных пород ультразвуковым методом / В.М. Безденежных, Е.В. Кузмич, С.И. Пачев и др.// Изв. вузов. Горный журнал.- 1987.- №7.1. C.7-10.

49. Минчук В.П. О методике ультразвукового контроля ледопородных ограждений шахтных стволов / В.П. Минчук, В.П. Жук // Шахтное строительство.-1977.-№11.- С.10-14.

50. Ермолович В.В. Геоакустический контроль качества тампонажа закарстован-ных сред // Геоакустические методы контроля и исследования массива горных пород и процессов: Сб. науч. трудов./ ВИОГЕМ.- Белгород.- 1985.- 296 с.

51. А.с. 1375816 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ выявления потенциально неустойчивых участков в откосах массива горных пород / В.И. Зобнин, А.В. Отдельное, С.К. Свистунова, И.Н. Зайцева.- № 4004434/22-03; Заявл. 06.01.86; Опубл. 23.02.88; Бюл.№7.

52. Сазонов В.А. Геофизика в маркшейдерском деле / В.А. Сазонов, Д.И. Сосик.-М.: Недра.- 1989.- 120 с.

53. Момчилов B.C. Защита шахт от подземных вод.- М.: Недра.- 1989.- 189 с.

54. Хмелевский В.К. Опережающая электрическая разведка проходки тоннелей методом ПЕЗ // Изв. вузов. Горный журнал.- 1984.- №11.- С.7-11.

55. Нестеренко А.С. Электрометрический метод исследования области неупругих деформаций пород вокруг выработки / А.С. Нестеренко, Д.И. Сосик // Шахтное строительство.- 1978.- №10.- С. 18-20.

56. А.с. 972093 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения заполнения заполнения трещин/ М.П. Зборщик, A.M. Малерчук, В.В. Назимко и др. Заявл. 18.06.81; Опубл. 07.11.82, Бюл.№41.

57. А.с. 1308683 СССР, МКИ Е02В 3/16. Способ контроля качества пленочного экрана/Ю.С. Погорелов, М.И. Семушев, А.В. Васильев. Заявл. 18.06.81; Опубл. 07.05.87; Бюл. №7.

58. А.с. 918918 СССР, МКИ G01 V 3/18. Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород / О.И. Чернов, Г.Ф. Бобров, Н.Г. Кю и др. Заявл. 23.12.80; Опубл. 07.04.82, Бюл. №13.

59. Чернов О.И. Определение размеров трещины электрометрическим методом / О.И. Чернов, Н.Г. Кю // Физические свойства пород массива: Сб. науч. тр.- Новосибирск.-1982.-С.71-77.

60. Кипко Э.Я. Электрохимический тампонаж неустойчивых пород при сооружении устьев шахтных стволов / Э.Я. Кипко, Ю.А. Полозов, П.И. Должиков // Шахтное строительство.- 1989.- №1.- С.13-15.

61. Кипко Э.Я. Электрохимический тампонаж обводненных пористых пород / Э.Я. Кипко, Ю.А. Полозов, П.И. Должиков и др. // Шахтное строительство.-1988.- №9.- С.9-13.

62. Хохлов И.В. Комплексное исследование массива горных пород.- М.: Наука.-1986.- 163 с.

63. Логинов А.Я. Разработка и исследование радиоволнового метода оценки электрических свойств и состояния нарушенности угольного пласта: Автореф. дисс. канд. техн. наук.- Л.- 1977.- 23 с.

64. Простов С.М. Электромагнитный бесконтактный геоконтроль / С.М. Простое, В.В. Дырдин, В.А. Хямяляйнен.- Кемерово.- 2002.- 132 с.

65. А.с. 1263846 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения мест смещений и расслоений в массиве горных пород / И.В. Хохлов, В.И. Ловяго.- №3831699/2203; Заявл. 25.12.84; Опубл. 15.10.86; Бюл.№38.

66. А.с. 1086162 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения зон нарушенности в массивах горных пород / К.М. Абрамсон, Е.Я. Горешник, В.В. Пеннер, Д.М. Шередекин.-№ 3553593/22-03; Заявл. 15.02.83; Опубл. 15.04.84; Бюл.№14.

67. А.с. 1137202 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения глубины залегания очага динамических явлений в массиве / B.C. Ямщиков, B.JI. Шкуратник, В.М. Фарафонов и др. № 3654816/22-03; Заявл. 24.10.83; Опубл. 30.01.85; Бюл.№4.

68. А.с. 1465567 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения глубинных смещений горных пород / Д.Ф. Хамраев, Ш.Х. Абдуллаев, Г. Хамидов.-№4196990/23-03; Заявл. 19.02. 87; Опубл. 28.05.89; Бюл.№10.

69. Зыков B.C. Предупреждение явлений горных ударов в угольных шахтах / B.C. Зыков, О.П. Егоров // Кемерово: КузГТУ. 2003. - 182 с.

70. Пузырев В.Н. Контроль эффективности увлажнения выбросоопасных пластов по удельному электросопротивлению угля в массиве / В.Н. Пузырев, B.C. Зыков,

71. B.А. Горохов // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Реф. Сб. 1981. - №1. - С. 7-8.

72. Лазаревич Т.И. Использование результатов геофизического зондирования для оценки и компьютерного моделирования геомеханической обстановки на участке отрабатываемого пласта / Т.И. Лазаревич, Б.В. Власенко // ГИАБ.- 2003.- №1.1. C. 93-96.

73. Лазаревич Т.И. Оценка устойчивости целиков геофизическими методами / Т.И. Лазаревич, А.В. Гомзяков // Горная геофизика. Международная конференция.- СПб.: ВНИМИ. 1998.- С. 262-266.

74. А.с. 11287078 СССР, МКИ G01V 3/06. Способ прогнозирования процесса оползнеобразования / М.К. Оксиев, Г.Г. Поклад, Ф.К. Низаметдинов, А.И. Анашкин.- № 3870420/24-25; Заявл. 22.03.85; Опубл. 30.01.87; Бюл.№4.

75. А.с. 1481400 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения трещиноватости массива горных пород / В.Н. Попов, P.M. Бекзантеев, А.Б. Чачкис и др.-№4301612/23-03; Заявл. 09.09. 87; Опубл. 23.05.89; Бюл.№19.

76. А.с. 1328517 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения нарушенности горного массива / Ю.Д. Орлов, Б.И. Севастьянов, В.К. Гердт и др.-№4024251/22-03; Заявл. 11.02. 68; Опубл. 07.08.87; Бюл.№29.

77. А.с. 1064000 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ оценки устойчивости массива горных пород борта карьера / Е.Г. Соболев, В.В. Бедарев, В.П. Вербин, Н.Т. Клименко.-№ 3398208/22-03; Заявл. 25.02.82; Опубл. 30.12.83; Бюл.№48.

78. Федянин А.С. Уточнение конструктивных параметров борта глубокого карьера на основе геофизических методов наблюдений // ГИАБ.- 2004.- №9.- С. 99103.

79. Глебов С.В. Геофизическое обеспечение разработки верхнекамского месторождения солей // ГИАБ.- 2004.- №9.- С. 89-92.

80. Яковлев А.В. Контроль за состоянием оползневого участка главного карьера Качканарского ГОКа методом электрометрии / А.В. Яковлев, Н.И. Ермаков // ГИАБ.- 2004.- №6.- С. 85-87.

81. Простов С.М. Определение геометрических параметров неустойчивых зон методами электроразведки / С.М. Простов, М.В. Гуцал, В.Х. Шаймуратов // Изв. вузов. Горный журнал.- 2000.- №5.- С. 12-15.

82. Простов С.М. Геоэлектрический контроль при укреплении неустойчивых обводненных зон породных массивов / С.М. Простов, М.В. Гуцал // Вестник Куз-ГТУ.- 2002.- №5.- С. 96-98.

83. Простов С.М. Электросопротивление влагонасыщенных грунтов и пород при инъекционном укреплении / С.М. Простов, М.В. Гуцал, Р.Ф. Гордиенко // Вестник КузГТУ.- 2002.- №6.- С. 12-18.

84. Простов С.М. Электрофизический контроль структурных неоднородностей в углевмещающих осадочных породах / С.М. Простов, В.А. Хямяляйнен, А.С. Ко-стромин, М.В. Гуцал // ГИАБ.- 2002.- №9.- С. 230-231.

85. Дахнов В.Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. -М.: Недра. 1981.-344 с.

86. Кобранова В.Н. Физические свойства горных пород (Петрофизика). -М.: Гостоптехиздат. 1962. - 490 с.

87. Якубовский Ю.В. Электроразведка / Ю.В. Якубовский, И.В. Ренард. — М.: Недра.- 1991.-359 с.

88. Матвеев Б.К. Электроразведка. М.: Недра. - 1990. - 368 с.

89. Жданов М.С. Электроразведка. — М.: Недра. 1986. - 316 с.

90. Костюков Е.В. Исследование параметров обводненных зон в протяженной дамбе шламового отстойника «Дальний» ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.П. Бахаева, М.В. Гуцал // Вестник КузГТУ.-2004.-№2.-С. 18-23.

91. Костюков Е.В. Исследование гидродинамических процессов в дамбе илона-копителя ОФ ЗАО "Черниговец" / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.П. Бахаева // Вестник КузГТУ.- 2004.- №4. С. 9-12.

92. Простов С.М. Определение геометрических параметров обводненных неустойчивых зон методами электрометрии / С.М. Простов, М.В. Гуцал, В.Х. Шай-муратов // Изв. вузов. Горный журнал 2000 - №6 - С. 12-15.

93. Простов С.М. Определение параметров углевмещающих осадочных пород электрофизическим методом / С.М. Простов, А.С. Костромин // Вестник РАЕН (Зап.-Сиб. отд.).- 2001.- Вып.4.- С. 163-168.

94. Простов С.М. Электрофизические свойства грунтовых массивов гидротехнических сооружений / С.М. Простов, Е.В. Костюков, М.В. Гуцал // Вестник КузГТУ.- 2004.- №3.- С. 21-25.

95. Костюков Е.В. Прогноз устойчивости ограждающих дамб гидротехнических сооружений Кузбасса на основе геоэлектрического контроля их состояния / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.П. Бахаева // Вестник КузГТУ. 2004. - №2.- С. 1418.

96. Костюков Е.В. Исследование динамики развития фильтрационных коллекторов в теле ограждающей перемычки гидроотвала геоэлектрическим методом / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.П. Бахаева // Вестник КузГТУ. 2004. - №3.-С. 26-29.

97. Костюков Е.В. Исследование геомеханических процессов в теле ограждающей перемычки гидроотвала / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.П. Бахаева, Е.А. Серегин // Вестник КузГТУ. 2004. - №4.- С. 13-16.

98. Бахаева С.П. Комплексная оценка геомеханических процессов дамб из грунтовых материалов / С.П. Бахаева, С.М. Простов, Е.В. Костюков, Е.А. Серегин // Маркшейдерский вестник.- 2003.- №2.- С.62-66.

99. Арсентьев А.И. Устойчивость бортов и осушение карьеров / А.И. Арсентьев, И. Ю. Букин, В.А. Мироненко.- М.: Недра.- 1982.- 165 с.

100. Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов (ПБ 03-438-02). М.: ГУП НТЦ "Промышленная безопасность".- 2002. -128 с.

101. Методические рекомендации по расчету развития гидродинамических аварий на накопителях жидких промышленных отходов (РД 03-607-03).- М. НТЦ "Промышленная безопасность".- 2003- 28 с.

102. Ш.Костюков Е.В. Оценка последствий гидродинамической аварии на основе мониторинга безопасности ограждающих дамб накопителей / Е.В. Костюков, С.М. Простов, С.И. Протасов, С.П. Бахаева // Безопасность труда в промышленности. 2004.- №5 - С. 26-28.

103. Jami M.Girard, Ed McHugh. Detecting problems with mine slope stability.-http:/.slopestability.com

104. Elliot W., Ballerini M., Hall D. Simplified methods for evaluating road prism stability.- Transportation research record 1819, paper № LVR8-1095,2003.- P. 95-100.

105. Norbert H. Maerz. Highway rock cut stability assessment in rock masses not conductive to stability calculations. 51st Annual highway geology symposium, Seattle, Washington, Aug. 29.- Sep. 1, 2000 - P. 249-259.

106. Reducing landslide hazards in the United States. Real-time monitoring of activelandslides- National landslide information center U.S. geological surveyhttp:/landslides.usgs.gov

107. James A. Cremeens. Geologic controls on complex slope displacement at the pitch reclamation project AEG Journal, June 20 - 2003.- 14 p.

108. Sloberg J. Analysis of large rock slopes Doctoral thesis, June, 1999 - 365 p.

Информация о работе

Костюков, Евгений Владимирович
кандидата технических наук
Кемерово, 2005
ВАК 25.00.16

Диссертация

Исследование физического состояния и оценка устойчивости грунтовых дамб гидротехнических сооружений горных предприятий геоэлектрическим методом - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы