Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Исследование параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании"

На правах рукописи

УДК 622.271.6.001.86

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ВНУТРЕННЕГО ГИДРООТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА НАСЫПНОМ ОСНОВАНИИ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель доктор технических наук КОНОНЕНКО Евгений Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор КАШПАР Леонтий Николаевич кандидат технических наук ДЬЯЧУК Олег Владимирович

Ведущая организация - Новационная фирма «КУЗБАСС-НИИОГР»

Защита диссертации состоится «27» июня 2006 года в 11 час. на заседании диссретационого совета Д.212.128.04 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «26» мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, проф. БУБИС Юрий Вольфович

¿а® 6А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На ряде действующих угольных разрезов при разработке вскрышного уступа в ближайшей перспективе потребуется введение дополнительного «передового» уступа. Подобная ситуация возникает на Ачинском участке Назаровского разреза ввиду недостаточности параметров комплекса 8КК-4000 для отработки возрастающей мощности вскрышных пород, а также на Ерковедком разрезе, где на вскрышных работах используются драглайны.

Применение гидромониторно-землесосных комплексов для отработки «передовых» уступов, сложенных рыхлыми четвертичными породами, когда основная часть вскрышных пород разрабатывается по бестранспортным схемам, в настоящее время достаточно логично и актуально, так как по экономическим показателям гидромеханизация уступает только комплексам, обеспечивающим бестранспортные схемы отработки вскрышных пород. Обеспечивая сравнительно высокие технико-экономические показатели, гидромеханизация является и более экологически чистым видом комплексной механизации, по сравнению с комплексами, включающими железнодорожный или автомобильный транспорт, так как практически полностью устраняет выбросы пыли и газов в атмосферу.

В то же время применение этого способа комплексной механизации открытых горных работ на сегодняшний день сдерживается и даже снижается по сравнению с прошедшим периодом. Одной из главных причин этого является сложность размещения гидроотвалов вблизи горных работ. Большинство существующих гидроотвалов уже заполнено или близко к этому, а строительства новых не происходит из-за отсутствия или высокой стоимости земельных площадей вблизи карьерных полей, на которых возможно их размещение.

Создание гидроотвала в выработанном пространстве действующих карьеров на уже сформированных отвалах позволит не только повысить эффективность работы карьера за счет применения гидромеханизированных комплексов, но и упростит рекультивацию нарушенных земель. Породы,

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

ВЫ КЛЗЫАТР1/Л

I

которые разрабатываются средствами гидромеханизации, обычно являются потенциально плодородными, и их намыв во внутренний гидроотвал позволит снизить затраты на рекультивацию выработанного пространства.

Таким образом, работа, направленная на исследование и обоснование параметров внутреннего гидроотвала на насыпном основании в выработанном пространстве действующих карьеров, является актуальной.

Целью работы является обоснование параметров внутренних гидроотвалов на насыпном основании в выработанном пространстве действующих карьеров.

Идея работы заключается в том, что параметры гидроотвалов при их размещении на насыпном основании в выработанном пространстве должны определяться из условий обеспечения устойчивости всего отвального сооружения при обеспечении эффективности применения гидромеханизированной технологии.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Параметром, позволяющим обеспечить устойчивость сложной геомеханической системы, представленной внутренними насыпными отвалами и расположенным на них гидроотвалом, является расстояние удаления гидроотвала от верхней бровки откоса насыпного отвала (X). Установлена зависимость изменения величины этого расстояния от горногеологических условий и горнотехнических параметров карьера.

2. При достижении определенной величины расстояния удаления гидроотвала от откосов насыпного отвала Х=ХФ высота гидроотвала не оказывает влияния на устойчивость отвального сооружения и ограничивается только несущей способностью фунтов насыпного отвала. Величина Хф возрастает при увеличении угла наклона основания отвального сооружения, высоты насыпного отвала, высоты гидроотвала и степени снижения прочностных свойств грунтов насыпного отвала при обводнении.

3. При размещении гидроотвала на расстоянии Х=Х0 от откосов насыпного отвала необходимая устойчивость отвального сооружения обеспечивается без перехвата фильтрационного потока. Величина Хо не

зависит от высоты гидроотвала и определяется горно-геологическими и горнотехническими условиями выработанного пространства, параметрами насыпных отвалов, прочностными свойствами грунтов, его слагающих, и степенью их снижения при обводнении.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, базируются на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, корректное применение классических методов механико-математического моделирования, представительным объемом вариантов расчета по неоднократно опробованным методам с использованием ЭВМ.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей для расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании от условий размещения отвального сооружения, мощности насыпного основания, физико-механических свойств пород при обеспечении требуемого коэффициента запаса устойчивости.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, обеспечивающих ее безопасное и эффективное применение, а также в обосновании основных параметров внутреннего гидроотвала для условий разреза «Ерковецкий».

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании передана проектным организациям «Гидромехпроект» и «ДальвостНИИпроектуголь» для проектирования гидромеханизации на разрезе «Ерковецкий»

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» в 2004 - 2005 гг., а также на Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности», Кемерово (2004 г.). Материалы работы представлялись на открытом конкурсе Министерства

образования РФ 2003 г. «На лучшую научную студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4-х статьях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 26 рисунков, 17 таблиц, список литературных источников из 86 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При реализации технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании в выработанном пространстве действующих карьеров главным является обеспечение устойчивости отвального сооружения, состоящего из насыпного отвала и размещенного на нем гидроотвала.

Вопросами формирования гидроотвалов и насыпных отвалов, а так же обеспечения их устойчивости при решении различных горнотехнических задач занимались известные ученые - доктора и кандидаты наук: Г. А. Нурок, Г. Л. Фисенко, И. И. Русский, А. М. Гальперин, Ю. Н. Дьячков, И. М. Ялтанец, Л. Н. Кашпар, О. Ю. Крячко, Ю. В. Кириченко, Е. А. Кононенко, Ю. И. Кутепов, Н. А. Кутепова, А. В. Демченко, О. В. Дъячук, И. И. Попов, П.Н. Панюков, А. М. Мочалов, В. Н. Хашин, А. И. Ильин, А. X. Саркисян, О. М. Путикова, А. П. Юфин, Л. В. Анзимиров, А. В. Могилин, В. А. Мелентьев, Ю. Д. Дмитриенко и др.

Исследования перечисленных ученых являются основой для решения вопросов по обеспечению устойчивости гидроотвалов при их размещении в выработанном пространстве на насыпных отвалах, обоснования параметров и мероприятий, обеспечивающих безопасность и эффективность в различных условиях применения исследуемой технологии.

Принципиальная схема отработки «передового» уступа гидромониторно-землесосными комплексами с размещением гидроотвала на внутренних насыпных отвалах представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема размещения гидроотвала на внутренних насыпных отвалах действующего карьера

На устойчивость отвального сооружения, включающего внутренний

насыпной отвал и расположенный на нем гидроотвал (см. рис. 1) оказывает влияние множество факторов, например: угол наклона основания, наличие или отсутствие обводнения основания отвального сооружения, физико-механические и фильтрационные свойства пород, слагающих основание и отвал, и т.д.

Анализ указанных факторов показал, что основными параметрами технологии, которыми возможно оперировать при проектировании и которые наиболее сильно влияют на характеристики гидроотвала, устойчивость отвального сооружения и эффективность технологии, являются высота и расстояние удаления гидроотвала от верхней бровки откоса насыпного отвала (X).

Графики зависимостей коэффициента запаса устойчивости отвального сооружения от расстояния X и высоты гидроотвала, в одинаковых условиях размещения, представлены на рис. 2. Их сравнение показывает, что влияние высоты гидроотвала на устойчивость отвального сооружения, по сравнению с влиянием расстояния X, незначительно.

При формировании внутреннего гидроотвала на насыпных отвалах следует обеспечить эффективность гидромеханизированных работ, которая будет повышаться при сокращении расстояния транспортирования гидросмеси и увеличении приемной способности гидроотвала.

В условиях выработанного пространства действующих карьеров приемная способность гидроотвала будет ограничиваться устойчивостью отвального сооружения (см рис. 3). С точки зрения обеспечения эффективности важно установить степень влияния высоты гидроотвала и расстояния X на указанный

параметр. Изменение высоты гидроотвала будет существенно влиять на его приемную способность и незначительно на устойчивость отвального сооружения. Влияние расстояния X на эти параметры - противоположно. Это говорит о том, что обеспечение достиженя необходимой устойчивости за счет выбора параметра X более целесообразно, чем уменьшение высоты гидроотвала.

Рисунок 2. Графики зависимостей коэффициента запаса устойчивости отвального сооружения <л расстояния X и высо!ы гидроотвала А, При высоте насыпного отвала: 1) - 10 0 м: 2) - 20 0 м; 3) - 30.0 м Из сказанного следует, что обеспечение устойчивости всего отвального

сооружения и эффективности применения гидромеханизированной технологии

возможно при размещении гидроотвала на минимальном, по условиям

обеспечения требуемой устойчивости, расстоянии от верхней бровки откоса

насыпного отвала (X) и соответственно от рабочей зоны карьера Поэтому

первоочередной задачей при исследовании технологии внутреннего

гидроотвалообразования является обоснование допустимой величины параметра

как (X).

Гидроотвал, помещённый на насыпное основание, является для него пригрузкой и источником обводнения. Отвалы, расположенные в выработанном пространстве, как правило, представлены комплексом рыхлых отложений, что обусловлено геологическим строением месторождений с пологим и горизонтальным залеганием пластов полезного ископаемого. При увеличении степени обводнения эти породы снижают свои прочностные характеристики.

Рисунок 3. Изменение величины удельной вместимости внутреннего гидроотвала й, от коэффициента запаса устойчивости отвального сооружения. При высоте насыпного отвала: 1) - 10.0 м; 2) - 20.0 м; 3) - 30.0 м Как показали исследования, влияние гидроотвала, как пригрузки (без

учета вызываемого им обводнения) на устойчивость откосов насыпного отвала,

сложенного породами естественной влажности, невелико и практически

исчезает на небольшом удалении от его откоса.

В целях установления степени влияния дополнительной нагрузки от

намывной толщи и дамб обвалования гидроотвала на устойчивость откосов

насыпного отвала проводились расчеты коэффициента запаса устойчивости

для различных горнотехнических условий. Уклон основания насыпного

отвала изменялся от 0° до 9°; высота насыпного отвала - от 10 до 30 метров;

высота гидроотвала - от 5 до 15 метров.

Для расчёта устойчивости отвального сооружения использована

программа «ШТ», разработанная на кафедре геологии МГГУ и неоднократно

проверенная на практике. В этой программе используются методы

алгебраического сложения сил по плавной криволинейной поверхности и

многоугольника сил, основанные на теории предельного равновесия сыпучей среды.

Результаты расчетов представлены на рис. 4 в виде зависимости коэффициента запаса устойчивости откоса насыпного отвала от расстояния между выпуском пульпы в гидроотвал и нижней бровкой отвального сооружения (Г6).

Указанные зависимости позволяют сделать вывод о том, что даже при небольших значениях X, порядка 5-10 м, напряжения, возникающие в породах «сухого» отвала под действием веса намываемых пород и дамб обвалования гидроотвала, уже не оказывают непосредственного влияния на устойчивость откоса.

Однако размещение на месте гидроотвала (например, при X равном5-10 м) насыпного яруса вызовет существенное снижение устойчивости отвального сооружения. Данный факт объясняется, главным образом, тем, что уклон откоса отсыпаемого яруса будет близок к 35° (угол естественного откоса), а уклоны внешних откосов гидроотвалов изменяются в пределах 12°-22°, причем с увеличением высоты угол откоса уменьшается.

Исследования характера и величины влияния на устойчивость откосов насыпного отвала, долговременного и рассредоточенного обводнения, вызываемого гидроотвалом, проводились методом имитационного моделирования с помощью ЭВМ. Расчет устойчивости откоса насыпного отвала, в зависимости от положения депрессионной кривой в массиве отвала и степени снижения прочностных свойств слагающих его фунтов после обводнения, производился в программе «ивТ».

Расчеты устойчивости откоса насыпного отвала при его долговременном обводнении рассредоточенным источником производились для тех же условий, что и при исследовании влияния дополнительной нагрузки от намывной толщи и дамб обвалования гидроотвала. При этом учитывалось снижение прочностных свойств пород насыпного отвала в обводненных зонах. Положение депрессионной кривой в отвале определялось изменением расстояний от верхней бровки откоса насыпного отвала до источника обводнения (точки входа кривой в отвал) ЛЛ" и от нижней бровки

при высоте насыпного отмлв 10 0 м О грел, __ _. _ _ _ _ _ —

. , .. ^......... _ ^....... ^ . . - - гао гзо 1'40 Г50 _мС

для гидроотвалов высотой 15.0 м 1 для гндроотиалов высотой 10 0м для гидроотвалов высотой 50м 6 град - уклон основания ысылного отвала * *

Рисунок 4 Зависимость коэффициента запаса устойчивости откоса насыпного отвала от расстояния между выпуском пульпы в гидроотвала и нижней бровкой отвального сооружения ( V*, * )

откоса насыпного отвала до точки контакта кривой обводнения с почвой отвальной толщи (места выхода фильтрационного потока из отвала) ДА',,, причем АХ„ < АХ" + /„, так как фильтрационный поток направлен от источника обводнения к откосам насыпного отвала.

По результатам расчетов, для различных степеней снижения прочностных свойств пород построены характеристики устойчивости откосов насыпных отвалов при обводнении (рис. 5). Характеристики представлены в виде поверхностей, любая точка которых определяет одно из возможных положений депрессионной кривой в массиве и соответствующее этому положению значение коэффициента запаса устойчивости откоса. Совокупность точек, находящихся на поверхности, определяет все возможные положения свободной поверхности фильтрационного потока в массиве и все значения коэффициента запаса устойчивости откоса, им соответствующие.

Для определения возможности и целесообразности размещения гидроотвала на насыпных отвалах первостепенное значение имеет расстояние удаления источника обводнения от верхней бровки откоса АХ", обеспечивающее нормативную устойчивость.

Графики зависимостей расстояния ДАТ", обеспечивающего необходимую устойчивость откоса насыпного отвала, от приближения депрессионной поверхности фильтрационного потока к откосу АЛ" = /(АДГ,,) (рис 6), являются частными случаями характеристик устойчивости откоса (см. рис 5) и свидетельствуют о том, что минимальное значение параметр ДЛ" принимает при ДА-,, «АХ'+1{, т. е. тогда, когда фильтрация происходит преимущественно вертикально, без отклонения в сторону откоса. Это возможно только при очень благоприятных гидрогеологических условиях (отсутствие водоносных горизонтов, хорошая проницаемость пород основания и насыпного отвала и др.). Приближение места выхода фильтрационного потока из массива насыпного отвала к его откосу вызывает резкое увеличение расстояния удаления источника обводнения АХ', необходимое для обеспечения устойчивости.

ю

А. =30 0л),0 25т^ А„ = 30 Ол , 0 5г„ А. = 30 Ом, 0 75г^

Рисунок 5. Характеристики устойчивости о гкосов насыпного отвала высотой 30 м при обводнении. Уклон основания 0 град

Рисунок 6. Зависимости расстояния удаления источника обводнения от верхней бровки откоса насыпного отвала, обеспечивающего необходимую устойчивость, от приближения депрессионной поверхносги фильтрационного потока к откосу. Уклон основания 0 град

Из графиков ДЛ" = ДЛЛГ„) (рис. 6) также следует, что при уменьшении высоты насыпных отвалов, угла наклона их основания и степени снижения прочностных свойств обводняемых пород появляется возможность сохранения необходимой устойчивости откоса даже при высачивании фильтрующейся воды непосредственно с его поверхности. Это обеспечивается за счет наличия определенного резерва устойчивости, появляющегося у отвалов в благоприятных условиях размещения. При этом источник обводнения должен находиться на расстоянии не менее АХ^ (см. рис. 6).

Графики этих зависимостей свидетельствуют о том, что фильтрация воды с откосов насыпных отвалов не вызывает их обрушения (А .„„=1,1) в следующих условиях: -для отвалов высотой 30 м АХ' не менее 207 м при снижении ту0 не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 20 м АХ" не менее 80 м при снижении гу. не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 10 м дХ^яе менее 13 м при снижении ту1 не более чем в 1,5 раза и АХ* не менее 53 м при снижении т^ не более чем в 2,0 раза.

В случае снижения прочностных свойств отвальных грунтов в 4 и более раза, а также в случае предрасположенности пород слагающих откос к суффозионному выносу приближение фильтрационного потока к откосу «сухого» отвала будет практически всегда вызывать его обрушение. В таких случаях следует организовывать перехват фильтрационного потока.

Таким образом, на основании исследований влияния нагрузки и обводнения, обусловленных гидроотвалом, на устойчивость откоса насыпного отвала можно утверждать, что степень влияния воды поступающей из гидроотвала в толщу насыпного отвала, значительно превосходит влияние нагрузки от дамб и намываемых пород. Однако эти факторы будут оказывать совместное воздействие на устойчивость откосов.

Исследование совместного влияния нагрузки и обводнения на устойчивость откосов производилось также методом имитационного моделирования с помощью ЭВМ.

При расчете устойчивости откосов отвального сооружения, состоящего из отвала и расположенного на нем гидроотвала, характер и степень обводнения задавались так же, как описано выше: как для ненагруженного насыпного отвала. При этом расстояние удаления источника обводнения от верхней бровки насыпного отвала соответствует расстоянию удаления гидроотвала от откосов насыпного отвала (АЛ" =X). Уклон основания насыпного отвала, его высота и высота гидроотвала изменялись так же, как и при исследованиях влияния нагрузки от гидроотвала и долговременного обводнения рассредоточенным источником, описанных выше.

По результатам расчетов, для различных степеней снижения прочностных свойств пород построены характеристики устойчивости откосов насыпных отвалов при размещении на них гидроотвалов и графики зависимостей расстояния удаления гидроотвала от откосов насыпного отвала, обеспечивающего их устойчивость, от приближения депрессионной поверхности фильтрационного потока к откосу X = ДДЛ',,) (рис. 7).

Сравнение зависимостей, представленных на рис. 6 и 7, показывает, что отличия между ними, вызванные дополнительным влиянием нагрузки от намывной толщи грунтов и дамб гидроотвала, исчезают на расстоянии уда тения гидроотвала от откоса насыпного отвала, равном Хгр. Таким образом, при размещении гидроотвала на расстоянии, равном или большем, чем X,р, на устойчивость откоса насыпного отвала будет оказывать влияние только обводнение, вызываемое гидроотвалом. Фактически, указанное расстояние является границей зоны влияния нагрузок, возникающих при формировании гидроотвала на устойчивость откосов насыпного отвала. Величина X зависит от уклона основания, высоты насыпного отвала и гидроотвала, а также от прочное гных свойств пород насыпного отвала и степени их снижения при обводнении.

В соответствии с графиками зависимостей, представленными на рис. 7, расстояние Х/р, при котором сохраняется уровень критического (вызывающего снижение коэффициента запаса устойчивости ниже 1,1) влияния нагрузки от гидроотвала изменяется в пределах от 1.0 до 150.0

Рисунок 7 Зависимо« и расстояния удаления гидроотвала от верхней бровки насыпного отвала, от прибчижения депрессионной поверхности фильтрационного потока к откосу. Уклон основания 0° метров в различных условиях. Так, при увеличении высоты гидроотвала в 3 раза (с 5.0 до 15.0 м) Х!? увеличивается примерно в 1.5-2.0 раза, повышение высоты насыпных отвалов в 3 раза (с 10 до 30 м) вызывает рост X в среднем в 2.0-2.5 раза. Наиболее существенно расстояние Хгр в одних и тех же горнотехнических условиях увеличивается при повышении "чувствительности" пород насыпных отвалов к росту их влажности, т. е. от увеличения степени снижения прочностных свойств при обводнении.

Например, снижение прочностных свойств пород насыпных отвалов после обводнения не в 2, а в 4 раза вызовет увеличение Х^ в 3.0, 3.5 и 5.5 раза, для отвалов высотой 30.0, 20.0 и 10.0 метров соответственно.

Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что при размещении гидроотвалов на насыпных отвалах существует возможность сохранения необходимой устойчивости при высачивании фильтрующейся воды непосредственно с их откосов. Для этого гидроотвал необходимо размещать на расстоянии, не менее чем Х0 (см. рис. 7). При исследовании влияния долговременного обводнения отвалов рассредоточенным источником также наблюдалась возможность сохранения необходимой устойчивости при высачивании воды с откосов после удаления источника обводнения на расстояние АХ' (см. рис. 6). Более того, сравнение х„ и АХ' показывает их равенство при любых условиях формирования гидроотвала. К тому же Х0 всегда больше Хгр, следовательно, высота гидроотвала практически не влияет на величину Х0.

Таким образом, величина Хо не зависит от высоты гидроотвала и определяется горно-геологическими и горнотехническими условиями выработанного пространства, параметрами насыпных отвалов, прочностными свойствами грунтов, его слагающих, и степенью их снижения при обводнении.

Это подтверждает сделанный ранее вывод о первостепенном влиянии характеристик фильтрационного потока, возникающего при размещении гидроотвала на насыпном отвале, на устойчивость откоса насыпного отвала.

В случае расположения отвального сооружения на слабом основании параметр X необходимо определять с учетом возможной потери устойчивости основания при дополнительном нагружении насыпного отвала гидроотвалом.

Проверка по условиям выдавливания грунтов основания отвала осуществляется по формуле Прандтля. При размещении на насыпном отвале гидроотвала максимальное удельное давление пород отвального сооружения на основание будет равно:

Рг=Р. = Ь.*Г.+К*Г„ (1)

где А,-высота откоса насыпного отвала, м: ^„-средняя плотность пород насыпного отвала, т/м3; к, -высота внешнего откоса гидроотвала, м; уг средняя плотность пород гидроотвала, т/м3.

Проекцию длины откоса отвального сооружения на горизонтальную плоскость можно рассчитать по формуле:

/ = +)1,хс%р2+Х, (2)

где Д и /?2 -угль; откосов насыпного отвала и внешнего откоса гидроотвала соответственно, град; X -величина удаления гидроотвала от верхней бровки насыпного отвала.

Принимая во внимание выражения (1) и (2), можно определить расстояние X, при котором размещение гидроотвала на породах «сухого» отвала не будет вызывать выдавливания основания отвального сооружения:

Процесс выдавливания пород основания характеризуется возникновением сжимающих и сдвигающих напряжений, в результате которых происходит сдвиг по кривой скольжения. Г. Л. Фисенко установлено, что основными прочностными характеристиками горных пород в таких процессах являются сцепление и угол внутреннего трения. В формуле Прандтля прочностные свойства основания учтены только величиной сцепления. Сопротивление основания сдвигу по кривой скольжения (выдавливанию) можно записать исходя из уравнения равновесия:

т* =C + Pcxtgp, (4)

где р -угол внутреннего трения, град.

Преобразовав выражение (3) с учетом полного сопротивления, получим:

0 5ха , „ , „

X = —--__-- - И, х с&Д - й, х с#/?2.

%<р +---

Г0 Х К + /г * К

Значение X < О говорит о запасе прочности основания, достаточном для размещения гидроотвала вплотную к откосу насыпного отвала.

Выражение (5) позволяет определить X только исходя из величины совокупной нагрузки пород отвала и гидроотвала на слабое основание, тогда как известно, что гидроотвал является источником обводнения, снижающим прочностные свойства пород.

Если при расчете величины X по условию устойчивости основания прочностные характеристики пород принимать по результатам их испытаний в водонасыщенном состоянии, то выражение (5) позволит определить расстояние удаления гидроотвала, необходимое для его безопасного размещения уже с учетом возможного дополнительного обводнения грунтов основания.

В случае дополнительного обводнения основания в приоткосной зоне насыпного отвала его параметры, а значит и параметры всей бестранспортной схемы перевалки необходимо рассчитывать исходя из этой предпосылки.

На основании проведенных исследований была разработана методика расчета основных параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании действующих карьеров. Укрупненная блок-схема расчета но этой методике представлена на рис. 8.

Первым этапом расчета является определение высоты (/¡,) и угла внешнего откоса гидроотвала (Д,), удовлетворяющих условиям устойчивости основания дамб гидроотвала. Угол внешнего откоса определяется в зависимости от высоты гидроотвала по существующим нормам.

Предельную высоту дамб обвалования (гидроотвала) можно определить по формуле Прандтля, не учитывающей мощности насыпного отвала:

С

-X

1%2 (45 + * е" "е<' ~ 1

(6)

Г/,

где Н6-высота дамб обвалования, м; ^„-плотность пород в дамбах, м; Р1 -предельное вертикальное давление, вызывающее выжимание грунта, Па; С-сцепление грунта насыпного отвала на участке строительства дамбы, Па; <р -угол внутреннего трения грунта насыпного отвала на участке строительства дамбы, град.

Затем по формуле (5) определяем расстояние X = Хкя, при котором размещение гидроотвала на породах «сухого» отвала не будет вызывать выдавливания

основания отвального

сооружения.

Далее определяем

максимально возможное, по технологическим ограничениям, расстояние удаления

гидроотвала от верхней бровки насыпного отвала Л"™*. В случае осветления оборотной воды в гидроотвале, Л""" можно определить по формуле:

г касче! значении основных параметров технологии при организации перехвата фильтрационного потока

(КОНС1М1

Рисунок 8. Укрупненная блок-схема расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании

И, х с!ёр„ - Г - - ¿м, (7)

где Ш,т, -ширина внутреннего отвала по верху, м; Г-ширина гребня дамбы гидроотвала, м; ¿„ -длина пляжа гидроотвала, м; -длина пути осветления, м.

В случае откачки не полностью осветленной воды землесосом в пруд-отстойник, расположенный вне гидроотвала, ХтУ можно определить следующим образом:

= Шш, - \ х -Т-Ь^-Ш^- Шюф, (8)

где -ширина порога перелива, м; Ш7иф -ширина зумпфа землесоса, м.

Затем определяем минимальное значение параметра Х = Хап и соответствующее ему минимально возможное приближение свободной

поверхности фильтрационного потока (депрессионной кривой) к насыпному откосу ДУ„, удовлетворяющие условию устойчивости откоса насыпного отвала.

Расчет Х<т производится путем последовательного перебора, с шагом п, в диапазоне от X™" = Х„ьядо = Х™\ Расчеты устойчивости

производятся по программе «ШТ». Шаг перебора значений Хш и АХи задается в зависимости от требуемой точности расчета. Расчет прекращается при выполнении условия устойчивости или при переборе всех возможных значений.

В результате расчета получаем значения параметров Л"™" и ЛЖ™, которые являются минимально возможными в данных горно-геологических условиях, при которых удаление гидроотвала на расстояние А"™" от откоса насыпного отвала обеспечит выполнение всех условий устойчивости отвального сооружения при соблюдении расстояния приближения фильтрационного потока к откосам насыпного отвала не менее ДАТ™.

Необходимо также проверить возможность реализации технологии без перехвата фильтрационного потока. Такая проверка осуществляется, как и предыдущая, методом последовательного перебора с шагом п, только каждому значению X теперь соответствует АХИ = 0. При этом диапазон значений X изменяется от Хт,п до Хт', рассчитанных ранее. В результате проверки можем получить значение X™*. Удаление гидроотвала от откоса насыпного отвала на расстояние Xобеспечит выполнение всех условий устойчивости отвального сооружения, расположенного на прочном основании, без организации перехвата фильтрационного потока.

Если отвальное сооружение расположено на основании, породы которого снижают свои прочностные свойства при повышении влажности, необходимо осуществлять проверку параметров бестранспортной перевалки (параметров насыпного отвала). Следует оценить устойчивость основания, при условии снижения прочностных свойств слагающих его пород после обводнения.

Для указанной проверки необходимо рассчитать высоту (¿Г") и угол откоса насыпного отвала (ДГ""), удовлетворяющие условию устойчивости основания отвального сооружения с учетом снижения его прочностных свойств. Высоту отвала целесообразно рассчитывать по методике, основанной на аналитическом решении методом многоугольника сил. При этом следует использовать характеристики пород основания в обводненном состоянии.

Угол откоса насыпного отвала рассчитывается также с учетом характеристик пород основания при его обводнении:

в*™ = arete_°'5ху°ха__™

Если рассчитанные параметры насыпного отвала будут меньше существующих, то необходимо осуществлять перехват фильтрационного потока и не допускать обводнения приоткосной зоны насыпного отвала.

Таким образом, разработанная методика позволяет рассчитать параметры внутренних гидроотвалов на насыпном основании удовлетворяющие всем условиям устойчивости отвального сооружения в существующих условиях размещения.

Экономическая эффективность технологии внутреннего гкдроотвалообразования на насыпном основании оценена путем укрупненного технико-экономического сравнения вариантов отработки "передового" уступа на карьере, где основная часть вскрышных пород отрабатывается путем бестранспортной перевалки в выработанное пространство.

Сравнение проведено по трем вариантам:

отработка передового уступа экскаваторно-автомобильным комплексом, с организацией внутреннего бульдозерного отвала в выработанном пространстве, на уже существующих отвалах, сформированных при бестранспортной перевалке (вариант 1);

отработка передового уступа гидромониторно-землесосным комплексом с размещением гидроотвала на расстоянии 5 км от контуров карьерного поля (вариант 2);

отработка передового уступа гидромониторно-землесосным комплексом с размещением гидроотвала на внутренних насыпных отвалах (вариант 3).

Удаление гидроотвала от откосов насыпного отвала, рассчитанное по приведенной методике, составляет 150.0 м и позволяет реализовать технологию внутреннего гидроотвалообразования без организации перехвата фильтрационного потока.

Сравнительная диаграмма удельных эксплуатационных затрат по вариантам представлена на рис. 9.

В результате сравнения установлено, что наиболее привлекательным и

эффективным выглядит

вариант отработки

"передового" уступа

гидромониторно-землесосным

1 2

комплексом с размещением

Номера вариантов

гидроотвала на внутренних Рисунок 9 Сравнительная диаграмма удельных

„о™ ________ „„„ эксплуатационных затрат по вариантам

насыпных отвалах. 3 '

При этом капитальные затраты примерно в 1.5 раза ниже, чем при размещении гидроотвала за пределами карьерного поля или применении экскаваторно-автомобильного комплекса с внутренним отвалообразованием. Кроме того, удельные эксплуатационные затраты при размещении гидроотвала в выработанном пространстве значительно ниже, чем в других вариантах отработки "передового" уступа. Так, при размещении гидроотвала на расстоянии 5.0 км от карьерного поля эксплуатационные затраты в два, а при применении экскаваторно-автомобильного комплекса в три раза выше.

Сложность организации, которая возникает при размещении гидроотвала в выработанном пространстве, компенсируется сокращением расстояния транспортирования и снижением геодезической высоты подъема гидросмеси. В результате снижаются энергозатраты на гидротранспорт и появляется возможность попутной рекультивации нарушенных земель.

Вследствие этого достигается существенный экономический эффект и снижается уровень воздействия на окружающую среду.

Для условий разреза Ерковецкий рассчитаны основные параметры технологии, позволяющие организовать безопасное формирование гидроотвала на внутренних насыпных отвалах участка №1. При этом расстояние удаления гидроотвала высотой 5.0 м от верхней бровки насыпных отвалов, позволяющее вести намыв без перехвата фильтрационного потока, равно: для стационарных откосов (¿ил=1,2) 380,0 м; для обновляемых откосов (по фронту отвалообразования) (кт = 1,1) 220.0 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований дано новое решение актуальной научной задачи обоснования параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, обеспечивающее безопасное размещение гидроотвала на внутренних насыпных отвалах и повышение эффективности работы гидрокомплекса карьера.

Основные выводы и рекомендации:

1. Проведенные исследования позволили установить, что влияние гидроотвала как пригрузки (без учета вызываемого им обводнения) на устойчивость откосов насыпного отвала, сложенного породами естественной влажности, незначительно и даже при удалении гидроотвала, на 5-10 м напряжения, возникающие в породах «сухого» отвала под действием веса намываемых пород и дамб обвалования гидроотвала, уже не оказывают непосредственного влияния на устойчивость его откоса.

2. Установлено, что фильтрация воды с откосов насыпных отвалов не вызывает их обрушения (к^ 1,1) в следующих условиях: -для отвалов высотой 30 м /sXl не менее 207 м при снижении т^ не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 20 м АХ" не менее 80 м при снижении ту) не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 10 м АХ'не менее 13 м при снижении т^ не

более чем в 1,5 раза и ДХ'не менее 53 м при снижении гм не более чем в 2,0 раза.

3 В случае снижения прочностных свойств отвальных грунтов при обводнении в 4 и более раза, а также если породы, слагающие откос, предрасположены к суффозионному выносу, приближение фильтрационного потока к откосу «сухого» отвала будет практически всегда вызывать его обрушение. В таких случаях следует организовывать перехват фильтрационного потока. 4. Уровень критического (вызывающего снижение к]<т ниже 1,1) влияния нафузки от гидроотвала при обводнении пород насыпного отвала сохраняется на расстоянии удаления X - Х,р. Установлены зависимости, позволяющие утверждать, что при увеличении высоты гидроотвала в 3 раза (с 5.0 до 15.0 м), Х^ увеличивается примерно в 1.5-2.0 раза. Повышение высоты насыпных отвалов в 3 раза (с 10 до 30 м) вызывает рост Х!р в среднем в 2.0-2.5 раза. А снижение прочностных свойств пород насыпных отвалов при их обводнении не в 2, а в 4 раза вызовет увеличение Хгр в 3.0, 3.5 и 5.5 раз (для отвалов высотой 30.0,20.0 и 10.0 метров соответственно).

5. Разработана методика расчета основных параметров исследуемой технологии, которая позволяет оценить возможность реализации внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях, а также рассчитать параметры, обеспечивающие ее безопасное и эффективное функционирование.

6. Для условий разреза Ерковецкий рассчитаны основные параметры технологии, позволяющие организовать безопасное формирование гидроотвала на внутренних насыпных отвалах участка №1. При этом расстояние удаления гидроотвала высотой 5.0 м от верхней бровки насыпных отвалов, позволяющее вести намыв без перехвата фильтрационного потока, составляет: от откосов вскрывающих выработок (£„„=1,2) 380,0 м; от рабочей зоны 1,1) 220.0 м. При этом обеспечивается начальная вместимость гидроотвала порядка 11 млн. м3.

7. Произведено технико-экономическое сравнение различных вариантов технологических схем при отработке «передового» уступа. Полученные результаты свидетельствуют о достижении существенного экономического эффекта при применении гидромониторно-землесосного комплекса с внутренним гидроотвалообразованием по сравнению с применением экскаваторно-автомобильного комплекса с внутренним бульдозерным отвалообразованием или гидромониторно-землесосного с размещением гидроотвала за пределами карьерного поля. Достигается снижение капитальных затрат примерно в 1,5 раза, а эксплуатационных - в 23 раза.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Радченко С. А. Особенности формирования внутреннего гидроотвала на насыпном основании // Сб. науч. трудов студентов магистратуры МГГУ. Выпуск 4. -М.: МГГУ, 2004,- С. 91-97

2. Радченко С. А. Особенности формирования внутреннего гидроотвала на насыпном основании // Горно-информационный бюллетень.-М.: МГГУ, 2004,- №7,- С. 168-171.

3. Радченко С. А. Гидроотзалы на насыпном основании // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды междунар. науч,-практ. конф.. -Кемерово, -2004,- С.104-110.

4. Е. А. Кононенко, С. А. Радченко Аспекты устойчивости отвального сооружения при размещении гидроотвала на насыпном основании // Деп. в МГГУ, № 460/06-06. Горноинформационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2006. - 6 с.

Подписано в печать 22.05.06. Формат 60x90/16

Объем 1.0 печ. л._Тираж 100 экз.__Заказ

Типография МГГУ. Ленинский пр., 6

/£Z*o

Us 1 52 8»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Радченко, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ. ф 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.д

1.1. Современное состояние гидромеханизации открытых горных работ. д

1.2. Проблемы гидроотвалообразования.

1.3. Способы решения проблем гидроотвалообразования.

1.4. Цель, задачи и методы исследования.

2. ИЗУЧЕНИЕ ФАКТОРОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ОТВАЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ И 27 ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ ИХ ВЛИЯНИЯ.

2.1. Анализ параметров, определяющих устойчивость отвального сооружения и эффективность технологии. ф 2.2. Исследование влияния нагрузки от намываемого слоя и дамб ^ гидроотвала на устойчивость отвального сооружения.

2.3 Исследование влияния обводнения насыпного основания на устойчивость отвального сооружения.

2.4. Исследование совместного влияния нагрузки и обводнения на ^ устойчивость отвального сооружения.

2.5. Исследование условий устойчивости основания отвального ло сооружения.

Выводы по главе.

3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ВНУТРЕННЕГО ГИДРООТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА 55 НАСЫПНОМ ОСНОВАНИИ.

3.1. Методика расчета основных параметров технологии внутреннего ^ гидроотвала на насыпном основании. 3.2. Цели и порядок формирования внутреннего гидроотвала на ^ насыпном основании.

3.3. Особенности формирования внутреннего гидроотвала на насыпном ^ основании.

Выводы по главе.

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ВНУТРЕННЕГО ГИДРООТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА 78 НАСЫПНОМ ОСНОВАНИИ.

4.1. Область применения технологии.

4.2. Технические предложения по внутреннему гидроотвалообразованию на насыпном основании для условий ф разреза Ерковецкий.

4.3. Оценка экономической эффективности.

4.4. Оценка воздействия на окружающую среду.ЮО

Выводы по главе.ЮЗ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании"

Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ Л является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессов; простота конструкции, небольшие массы и габариты используемых машин и аппаратов; высокая производительность труда; относительно небольшие капитальные затраты и себестоимость производства горных работ; экологическая чистота и безопасность производственных процессов.

Гидромеханизация достаточно широко применяется при проведении вскрышных работ по наносам на карьерах, в гидротехническом строительстве, в промышленности нерудных строительных материалов (на вскрыше и на ф добыче), при проведении дноуглубительных работ речного и морского флота, а также в мелиорации[86].

С помощью средств гидромеханизации на отечественных карьерах перемещено свыше 800 млн. м3 вскрышных пород, а перспективные объемы, которые можно отрабатывать гидрокомплексами, превышают 6 млрд. м3 [32].

На ряде действующих угольных разрезов к данному моменту, а на многих других в ближайшей перспективе, необходимо введение «передового» уступа. Например, на Ачинском участке Назаровского разреза ввиду недостаточности параметров комплекса 8ЯК-4000 для отработки возрастающей мощности вскрышных пород в ближайшее время потребуется опережающая отработка части вскрышных пород, аналогичная ситуация складывается на Ерковецком разрезе, где на вскрышных работах используются драглайны.

Применение гидромониторно-землесосных комплексов для отработки «передовых» уступов на карьерах, где основная часть вскрышных пород разрабатывается по бестранспортным схемам, в настоящее время достаточно актуально, так как по экономическим показателям эта технология уступает > только комплексам, обеспечивающим бестранспортные схемы отработки вскрышных пород и более эффективна, чем использование «сухоройных» комплексов с авто или ЖД транспортом.

В то же время применение этого перспективного способа комплексной механизации открытых горных работ на сегодняшний день сдерживается и даже снижается по сравнению с прошедшим периодом. Одним из основных процессов, наиболее сильно влияющих на технико-экономические показатели и саму возможность применения гидромеханизации, является гидроотвалообразование.

Комплекс проблем гидроотвалообразования включает в себя, во-первых, большую землеёмкость гидроотвалов по сравнению с "сухими" отвалами, обусловленную значительной обводнённостью укладываемых пород. Это определяет их слабую устойчивость и небольшую высоту гидроотвалов. Во-вторых, удалённость от карьеров мест возможного размещения гидроотвалов, влекущую за собой усложнение и повышение энергоёмкости гидротранспортирования вследствие включения в схемы гидротранспорта большого числа перекачных землесосных станций. Выбрать место для их размещения труднее, чем для железнодорожных или автомобильных отвалов и размещаются они, как правило, на неудобьях (в оврагах, логах, болотах и т.д.). В-третьих, большинство существующих гидроотвалов уже заполнено или близко к этому. Строительство новых гидроотвалов не происходит из-за отсутствия или высокой стоимости земельных площадей вблизи карьерных полей, на которых возможно их размещение.

На многих действующих карьерах, при сплошных системах разработки, выработанное пространство достигло значительных размеров и, как правило, представлено нерекультивироваными внутренними отвалами. В таких условиях размещение гидроотвала в выработанном пространстве, на уже сформированных отвалах, позволит не только высокоэффективно применить гидромеханизированные комплексы, но и упростит рекультивацию нарушенных земель. Породы, которые разрабатываются средствами гидромеханизации, обычно являются потенциально плодородными, и их намыв во внутренний гидроотвал позволит рекультивировать выработанное пространство. [31]

Таким образом, актуальность работы, направленной на исследование параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, обусловлена настоятельной необходимостью обеспечения рационального и комплексного использования площадей выработанного пространства и повышения эффективности применения гидромеханизации на открытых горных работах.

Целью работы является обоснование параметров внутренних гидроотвалов на насыпном основании в выработанном пространстве действующих карьеров.

Идея работы заключается в том, что параметры гидроотвалов при их размещении на насыпном основании в выработанном пространстве определяются из условий обеспечения устойчивости всего отвального сооружения и эффективности применения технологии.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

1. Параметром, позволяющим обеспечить устойчивость сложной геомеханической системы, представленной внутренними насыпными отвалами и расположенным на них гидроотвалом, является расстояние удаления гидроотвала от верхней бровки насыпного отвала (X). Установлена зависимость изменения величины этого расстояния от горно-геологических условий и горнотехнических параметров карьера.

2. При достижении определенной величины расстояния удаления гидроотвала от откосов насыпного отвала Х=Хгр; высота гидроотвала не оказывает влияния на устойчивость отвального сооружения и ограничивается только несущей способностью грунтов насыпного отвала. Величина Х^ возрастает при увеличении угла наклона основания отвального сооружения, высоты насыпного отвала, высоты гидроотвала и степени снижения прочностных свойств грунтов насыпного отвала при обводнении.

3. При размещении гидроотвала на расстоянии Х=Хо от откосов насыпного отвала, необходимая устойчивость отвального сооружения обеспечивается без перехвата фильтрационного потока. Величина Хо не зависит от высоты гидроотвала и определяется горно-геологическими и горнотехническими условиями выработанного пространства, параметрами насыпных отвалов, прочностными свойствами грунтов его слагающих и степенью их снижения при обводнении.

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, базируются на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, корректное применение классических методов механико-математического моделирования, представительным объемом вариантов расчета по неоднократно опробованным методам с использованием ЭВМ.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей для расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, от условий размещения отвального сооружения, мощности насыпного основания, физико-механических свойств пород при обеспечении требуемого коэффициента запаса устойчивости.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, обеспечивающих ее безопасное и эффективное применение и обоснование основных параметров технологии для условий разреза «Ерковецкий».

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика расчета параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, передана проектным организациям «Гидромехпроект» и «ДальвостНИИпроектуголь» для проектирования гидромеханизации на разрезе «Ерковецкий».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» 2004 - 2005 г.г., а так же на Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности», Кемерово (2004 г.) Материалы работы представлялись на открытом конкурсе Министерства образования РФ 2003 г. «На лучшую научную студенческую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ».

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4-х статьях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 26 рисунков, 17 таблиц, список литературных источников из 86 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Радченко, Сергей Александрович

Основные выводы и рекомендации:

1. Проведенные исследования позволили установить, что влияние гидроотвала как пригрузки (без учета вызываемого им обводнения) на устойчивость откосов насыпного отвала, сложенного породами естественной влажности, незначительно и даже при удалении гидроотвала, на 5-10 м напряжения, возникающие в породах «сухого» отвала под действием веса намываемых пород и дамб обвалования гидроотвала, уже не оказывают непосредственного влияния на устойчивость его откоса.

2. Установлено, что фильтрация воды с откосов насыпных отвалов не вызывает их обрушения (£зап=1,1) в следующих условиях: -для отвалов высотой 30 м ДА^не менее 207 м при снижении туд не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 20 м ДЛ^не менее 80 м при снижении туд не более чем в 1,5 раза; -для отвалов высотой 10 м ДЛ^не менее 13 м при снижении т^ не более чем в 1,5 раза и ДА^не менее 53 м при снижении туй не более чем в 2,0 раза.

3. В случае снижения прочностных свойств отвальных грунтов при обводнении в 4 и более раза, а также если породы, слагающие откос, предрасположены к суффозионному выносу, приближение фильтрационного потока к откосу «сухого» отвала будет практически всегда вызывать его обрушение. В таких случаях следует организовывать перехват фильтрационного потока.

4. Уровень критического (вызывающего снижение кзап ниже 1,1) влияния нагрузки от гидроотвала при обводнении пород насыпного отвала сохраняется на расстоянии удаления Х = Х,р. Установлены зависимости, позволяющие утверждать, что при увеличении высоты гидроотвала в 3 раза (с 5.0 до 15.0 м), Хгр увеличивается примерно в 1.5-2.0 раза. Повышение высоты насыпных отвалов в 3 раза (с 10 до 30 м) вызывает рост Хгр в среднем в 2.0-2.5 раза. А снижение прочностных свойств пород насыпных отвалов при их обводнении не в 2, а в 4 раза вызовет увеличение Хгр в 3.0,

3.5 и 5.5 раз (для отвалов высотой 30.0, 20.0 и 10.0 метров соответственно).

5. Разработана методика расчета основных параметров исследуемой технологии, которая позволяет оценить возможность реализации внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях, а также рассчитать параметры, обеспечивающие ее безопасное и эффективное функционирование.

6. Для условий разреза Ерковецкий рассчитаны основные параметры технологии, позволяющие организовать безопасное формирование гидроотвала на внутренних насыпных отвалах участка №1. При этом расстояние удаления гидроотвала высотой 5.0 м от верхней бровки насыпных отвалов, позволяющее вести намыв без перехвата фильтрационного потока, составляет: от откосов вскрывающих выработок (кзап=1,2) 380,0 м; от рабочей зоны (кзап=1,1) 220.0 м. При этом обеспечивается начальная вместимость гидроотвала порядка 11 млн. м3.

7. Произведено технико-экономическое сравнение различных вариантов технологических схем при отработке «передового» уступа. Полученные результаты свидетельствуют о достижении существенного экономического эффекта при применении гидромониторно-землесосного комплекса с внутренним гидроотвалообразованием по сравнению с применением экскаваторно-автомобильного комплекса с внутренним бульдозерным отвалообразованием или гидромониторно-землесосного с размещением гидроотвала за пределами карьерного поля. Достигается снижение капитальных затрат примерно в 1,5 раза, а эксплуатационных - в 23 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в работе исследований дано новое решение актуальной научной задачи обоснования параметров технологии внутреннего гидроотвалообразования на насыпном основании, обеспечивающее безопасное размещение гидроотвала на внутренних насыпных отвалах и повышение эффективности работы гидрокомплекса карьера.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Радченко, Сергей Александрович, Москва

1. Александров В. И. Методика расчета и результаты опытно-промышленной эксплуатации пластинчатого сгустителя // Прикладные исследования гидротранспортирования продуктов обогащения минерального сырья: Межвед. Сб. научн. Тр./Механобр. -Л.,-1987.- 190с.

2. Анзимиров Л.В. Оценка устойчивости техногенного рельефа в морфосистемах Кузбасса в связи с проблемой рекультивации долинных гидроотвалов // Автореф. дисс. на соискание уч. степени канд. геогр. наук, 1990.

3. Анзимиров Л.В. Геоморфологический анализ при рекультивации региональных нарушений рельефа // Сб.: Новые исследования и разработка технологии технических средств морской добычи и гидромеханизации. М.:МГИ, 1991.

4. Анзимиров Л. В., Кононенко Е.А., Бирюков A.C., Гроте В.Ф. Рекультивация гидроотвала разреза Моховский // Сб.: Новые исследования и разработка технологии и технических средств морской добычи и гидромеханизации. М.:МГИ, 1991.

5. Богомолов Г. В. Гидрогеология с основами инженерной геологии. -М.: Высшая школа, 1975.

6. Гальперин. А. М. Управление состоянием массива. -М.: МГИ, 1985г.

7. Гальперин. А. М. Управление состоянием намывных массивов на горных предприятиях. -М.: Недра. 1998

8. Гальперин А. М., Дьячков Ю. Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. -М.: Недра. 1993. -252с.

9. Гальперин.A.M., Ферстер В., Шеф Х.-Ю. Техногенные массивы иохрана окружающей среды. М.:МГГУ, 1997.

10. И. Гальперин А. М., Щербакова Е. П., Лисеев А. Ф. Геоэкологическое обоснование освоения намывных массивов в регионе КМА // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2004.- №5. С. 45-50.

11. Горин.Р.Ф. Исследование предварительного безнапорного водонасыщения и безнапорного размыва пород при гидровскрышных работах // Дисс.канд.техн.наук. -М.: МГИ.

12. Дмитриев Г. П., Махарадзе Л.И., Гочиташвили Т.Ш. Напорные гидротранспортные системы. -М.: МГГУ, 1994.

13. Дмитриенко Ю.Д., Леонченко И.М. Гидроотвалы из глинистых грунтов. -М.: Стройиздат, 1975.

14. Демченко.A.B. Формирование дренажных элементов ,гидроотвалов разрезов Кузбасса для повышения их устойчивости и вместимости // Дисс.канд.тех.наук. -М.: МГИ.

15. Дергилёв.М.А. Исследование условий устойчивости и рациональных параметров, карьерных гидроотвалов КМА // Дисс. канд.техн.наук. -М.: МГИ.

16. Дъячков.Ю.Н. Исследование технологии гидравлической укладкипород в отвалы с учётом их рекультивации // Дисс.канд.техн.наук. -М.: МГИ.

17. Дъячук О. В. Открытая геотехнология добычи угляземснарядами из обводненных месторождений // Дисс.канд.техн.наук. -М.: МГГУ, 2001.

18. Егоров В. К., Каменецкий В. Л., Харченко С. Л., Шишкин С. М. Научные и практические достижения в области гидромеханизации -М.: МГГУ, 2001 -499 с.

19. Жаринов В. П. Оценка экологического состояния гидроотвала для обоснования рекультивационных работ // Горно-информационный бюллетень. М.: МГГУ, 2004.- №5.- С. 73-75.

20. Ильин А.И., Гальперин А. М., Стрельцов В. И. Управление долговременной устойчивостью откосов на карьерах -М.: Недра, 1985. -248с.

21. Истомин В. В., Наумов И. К., Черненко М. Б., Ялтанец И. М. Терминология открытых горных работ / Под общ. ред. Акад. В. В. Ржевского. М.: МГИ, 1987.

22. Кашпар JI. Н. Исследование технологии гидротранспорта пород отмощных экскаваторов в условиях КМА // Дисс.канд.техн.наук. 1. М.: МГИ.

23. Каштанов П. В. Определение параметров зумпфа гидромониторно-землесосных комплексов с внутризабойным циклом водоснабжения // Новые технологии и технические средства гидромеханизации и подводной добычи: Сб. -М.: МГГУ, 1994.- С. 89-94.

24. Кириченко Ю.В. Управление состоянием массивов гидроотвалов для эффективного использования намывных территорий Дисс. канд.техн.наук. -М.: МГИ

25. Кириченко Ю. В., Зуй В. Н., Лашукина В. А., Спиридонов Ю. С. Устойчивость откосных сооружений намывных массивов Михайловского ГОКа // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2004.-№5.- С. 153-161.

26. Кириченко Ю. В., Макарова Т. В., Уваров М. П. Инженерно-геологическое обоснование новых технологий формирования дренажных элементов на гидроотвалах // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2004.- №5.- С. 153-161.

27. Колбасин A.A., Середа Г.Л., Тартаковский В.Н. и д.р. Рациональная разработка недр и охрана природы на карьерах. -М.: Недра, 1983г.

28. Кононенко А. Е. Исследование технологии управляемого обрушения откосов отвалов с целью их выполаживания передрекультивацией // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 1998.- №5.- С. 108-110.

29. Кононенко А. Е. Разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации // Дисс. канд.техн.наук. -М.: МГГУ, 1999.

30. Кононенко Е. А. Научное обоснование гидровскрышных технологий, комплексно обеспечивающих формирование и сбережение ресурсов // Дисс.докт.техн.наук. -М.: МГИ

31. Кононенко Е. А. Возможности и перспективы гидромеханизации на карьерах // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2004.-№7.- С. 152-159.

32. Кононенко Е. А., Радченко С. А. Аспекты устойчивости отвального сооружения при размещении гидроотвала на насыпном основании // Деп., справка № 460/06. Опубл. Горноинформационный бюллетень.-М.: МГГУ, 2006.- №6.- 6 с.

33. Крячко О. Ю. Управление отвалами открытых горных работ. М.: Недра, 1980. -254 с.

34. Кузмич И.А., Гольдин Ю.А., Тимме A.A. Способы разрушения и выемки угля струями воды различных параметров. -М.: Недра, 1970г.

35. Кутепов Ю.И. Научно-методические основы инженерно-геологического обеспечения отвалообразования при разработке угольных месторождений // Дисс.докт.техн.наук. -М.: МГИ

36. Медников H. Н. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ.-М.: МГГУ, 1996.

37. Мелентьев В.А. О консолидации грунта ядерных зон намывных плотин.-М.: Госэнергоиздат, 1961.

38. Мелентьев В.А. и др. Намывные гидротехнические сооружения. М.: Недра, 1973.

39. Мочалов А. М., Хашин В. Н. Расчет параметров устойчивых отвалов на наклонном слоистом основании // Сб. трудов ВНИМИ. Выпуск 92. М.: ВНИМИ -1974.- С. 73-79.

40. Николаева Л. П. О картографическом мониторинге антропогенных ландшафтов // Комплексный мониторинг и практика: Тез. докл. Всес. Симпозиума. Москва, -1991.- С. 83-88.

41. Никонов Г.П., Кузмич И.А., Гольдин Ю.А. Разрушение горныхпород струями высокого давления. -М.: Недра, 1986г.

42. Новиков Н.Ф., Меламут Д.Л., Каминская В. И., Седых Ю. М. Намывплощадей для строительства. -М.: Стройиздат, 1984.

43. Нормы технологического проектирования предприятийпромышленности нерудных строительных материалов. Л.:1. Стройиздат, 1985. -354 с.

44. Нурок Г.А. Гидромеханизация открытых разработок. -М.: Недра, 1970г.

45. Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. -М.: Недра, 1985.

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

47. Овчарук C.B., Каменецкий В. Л. Новые технологии гидромеханизации с использованием сгустителей гидросмеси // Сб. докладов I съезда гидромеханизаторов России: Гидромеханизация-98.-Москва, 1998.-С. 55-61.

48. Овчинников В. А. Изыскание рациональной технологии восстановления поверхности при бестранспортных системах разработки // Дисс.канд.техн.наук. -Тула, 1964. -178с.

49. Павленко Г. В., Довиденко А. Г. Технологии формирования поверхности гидроотвалов, ассимилируемых естественным рельефом. // Сб.: Новые технологии и технические средства гидромеханизации и морской добычи. М.: МГГУ, 1994.- С. 78-84.

50. Панюков П. Н. Инженерная геология. М.: Недра, 1978. -296 с.

51. Панюков П. Н., Ржевский В. В., Истомин В. В., Гальперин А. М. Геомеханика отвальных работ на карьерах. М.: Недра, 1972. -182 с.

52. Попов И. И., Окатов Р. П. Борьба с оползнями на карьерах. М.: Недра, 1980. -238 с.

53. Правила безопасности при эксплуатации хвостовых и шламовых хозяйств горнорудных и нерудных предприятий. М.: Недра, 1985.

54. Путикова М. О. Исследование механизма оползневого процесса в слоистой среде с учетом деформируемости слагающих пород // Дисс. канд.геол-мин.наук. -СП.:СПГИ им. Г. В. Плеханова, 1997. -160с.

55. Разработка рекомендаций по формированию рельефа рекультивируемых объектов Лебединского ГОКа: Отчет по теме ТО-1-518/Рук. темы Е.А. Кононенко. -М.: МГГУ, 1996.-75 с.

56. Радченко С. А. Особенности формирования внутреннего гидроотвала на насыпном основании // Сб. науч. трудов студентов магистратуры МГГУ. Выпуск 4. Сб.-М. МГГУ, 2004.-С. 91-97

57. Радченко С. А. Особенности формирования внутреннего гидроотвала на насыпном основании // Горно-информационный бюллетень. -М.: МГГУ, 2004.- №7.- С. 168-171.

58. Радченко С. А. Гидроотвалы на насыпном основании // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труды междунар. науч.64.65,666972