Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка состояния и прогноз устойчивости техногенных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга

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

Автореферат диссертации по теме "Оценка состояния и прогноз устойчивости техногенных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга"

На правах рукописи Бахаева Светлана Петровна

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ПРОГНОЗ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА

Специальность 25 00 16 - "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□ и-З АО"--

Кемерово - 2008

003166696

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" и Новационной фирме "КУЗБАСС-НИИОГР"

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Простов Сергей Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гордеев Виктор Александрович

доктор технических наук, профессор, Косолапов Александр Иннокентьевич

доктор технических наук, старший научный сотрудник Шадрин Александр Васильевич

Ведущая организация ОАО "Кузбассгипрошахт'

■и

Защита состоится 15 мая 2008 г. в 13~ 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 «2£~у> марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванов В В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

При ведении открытых горных работ в массивах песчано-глинистых пород четвертичных отложений имеют место оползни объемом до 700 тыс м3, приводящие к нарушению технологического режима, выводу из строя оборудования и технологических коммуникаций Эксплуатация гидротехнических сооружений (ГТС) накопителей жидких промышленных отходов (гидроотвалы, хвостохрани-лища, отстойники) осложняется технологическими авариями, вызванными неправильными проектными решениями, некачественным строительством и нарушениями нормативных режимов эксплуатации грунтовых дамб Основными физическими причинами нарушения устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов являются естественная пространственная неоднородность механических свойств породного массива, обусловленная его геологической структурой, изменение во времени прочностных свойств пород вследствие влагонасыщения под воздействием гидрогеологических и климатических факторов, дезинтеграция массива при подработке

Прогноз безопасного состояния техногенных дисперсных грунтовых массивов основан на применении прямых (инженерно-геологического, гидрогеологического, маркшейдерско-геодезического, тензометрического) и геофизических (звукометрического, термического, геомагнитного, электрометрического, электромагнитного) методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов При этом прямые методы, обеспечивающие основной объем информации о строении, состоянии и свойствах грунтов, трудоемки, недостаточно детальны и оперативны Поэтому автором предложено их применение сопровождать непрерывным геофизическим мониторингом процессов формирования зон влагонасыщения и разуплотнения Расчет коэффициента запаса устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов основан на предельном равновесии сдвигающих и удерживающих сил в пределах призмы возможного обрушения с учетом сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления

До настоящего времени не выявлены опасные зоны в техногенных дисперсных грунтовых массивах, подлежащие мониторингу, не обоснованы схемы и режимы комплексного мониторинга процессов в техногенных массивах, не установлены закономерности изменения состояния, свойств и физических процессов в техногенных дисперсных грунтовых массивах (дамб, бортов) угольных разрезов, не разработаны способы и методики прогноза устойчивости объектов на основе данных мониторинга

Изложенное позволяет считать актуальной разработку способов прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов на основе результатов геологического, маркшейдерского, геофизического методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов Использование в практике промышленных предприятий результатов работы позволит снизить затраты на исследование состояния техногенных массивов, повысить точность прогноза их устойчивости

Исследования выполнялись в рамках реализации Федеральных законо

"О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (№ 116-ФЗ от 21 07 97) и "О безопасности гидротехнических сооружений" (№ 117-ФЗ от 21 07 97) по плану работ Новационной фирмы "КУЗБАСС-НИИОГР", являющейся аналитическим центром по мониторингу безопасности ГТС предприятий угольной промышленности России, в которых автор диссертации, аттестованный эксперт высшей квалификации в области промышленной безопасности, являлся руководителем

Исследования по электрофизическому мониторингу поддержаны грантом РФФИ по проекту № 05-05-64100

Цель работы — оценка состояния и прогноз устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга, обеспечивающие повышение технической и экологической безопасности горных работ, увеличение сроков безаварийной эксплуатации грунтовых дамб

Основная идея работы заключается в использовании закономерностей деформационных, гидродинамических процессов и взаимосвязанных с ними изменений физических полей для прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов

Задачи исследований:

- выявление причин формирования опасных зон в техногенных дисперсных грунтовых массивах,

- обоснование и разработка методики комплексного мониторинга гидродинамических и геомеханических процессов в техногенных грунтовых дисперсных массивах,

- изучение закономерностей изменения состояния, свойств пород и физических процессов в грунтовых дамбах,

- исследование закономерностей изменения состояния техногенных дисперсных грунтовых массивов бортов угольных разрезов,

- совершенствование способов и методик прогноза устойчивости откосов грунтовых дамб и бортов угольных разрезов, сложенных глинистыми грунтами

Методы и объекты исследований

Выполнен комплекс исследований, включающий анализ и обобщение научно-технической информации в областях прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосных грунтовых сооружений, методов контроля состояния и свойств массива горных пород, мониторинг геомеханических и гидродинамических процессов в техногенном грунтовом массиве визуальным, геологическим, маркшейдерским, гидрогеомеханическим и геофизическим методами, обработку результатов мониторинга методами математической статистики и корреляционного анализа, компьютерное моделирование с использованием методов геометризации и конечных элементов, реализацию многоэтапных и циклических расчетов с использованием компьютерных программ

Объекты исследований - техногенные дисперсные грунтовые массивы насыпных, намывных дамб и бортов угольных разрезов, находящихся в зонах гидродинамического влияния ГТС

Научные положения, защищаемые в диссертации

- основным фактором, определяющим опасность оползнеобразования при-бортовых массивов, является дополнительное влагонасыщение дисперсных грунтов вследствие формирования фильтрационных коллекторов в зоне гидродинамического влияния ГТС,

- снижение трудоемкости оценки расположения протяженных влагонасы-щенных зон обеспечивается продольным электропрофилированием с базой установки, в 3,2-6,9 раза превышающей глубину опорной отметки, определяемой инженерно-геологическими изысканиями с бурением скважин или гидрогеологическими измерениями, использованием палеток для двухслойной среды, учетом экранирующего влияния откоса и степени заполнения ГТС,

- влагонасыщенные зоны в теле грунтовых дамб накопителей формируются по контакту с естественным основанием, ширина этих зон составляет до 20 м для дамб овражного типа и до 100 м - равнинного, форма депрессионной поверхности повторяет скорректированный график поперечного электропрофилирования, а зоны скрытой фильтрации от ГТС в прибортовых массивах залегают на глубине 6-18 м и имеют ширину до 120 м,

- физическое состояние влагонасыщенного грунтового массива характеризуется показателем текучести /¿, линейно связанным с плотностью, углом внутреннего трения и сцеплением грунтов, в намывных массивах при > 0,75 происходит поступательное горизонтальное движение слоя мягкопластичных суглинков на глубине 5-18 м по естественном) склону в сторону обнажения и вращательное опрокидывание верхнего менее пластичного слоя в обратном направлении при средних скоростях горизонтальных смещении, составляющих 55-90 % от скоростей оседаний,

- избыточное поровое давление, формируемое в намывных грунтах мягко-и текучепластичной консистенции, возрастает с глубиной пропорционально величине внешней нагрузки, использование данных гидрогеологического мониторинга в качестве корректирующих параметров обеспечивает прогноз расположения потенциальной поверхности скольжения и размеров зон, опасных по обрушению,

- повышение точности экспериментально-аналитического прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб обеспечивается по критическим значениям площади зоны водонасыщения, выявлением изменяющейся глубины залегания вероятной поверхности скольжения и фактической формы депрессионной поверхности путем электрофизического мониторинга, сопоставлением текущих значений порового давления при гидрогеомеханическом мониторинге с критическими, рассчитанными в точках установки датчиков при наиболее неблагоприятном сочетании сил, действующих на откос

Научная новизна работы заключается

- в установлении влияния дополнительного влагонасыщения прибортовых массивов от прилегающих ГТС на формирование оползнеопасных зон,

- в экспериментально-теоретическом обосновании методики диагностирования глубины расположения влагонасыщенных зон в дисперсных грунтовых массивах при бесскважинном электрофизическом мониторинге,

- в выявлении закономерностей формирования влагонасыщенных зон в теле дамб и прилегающих к ним прибортовых массивах,

- в определении критериев районирования намывных массивов по физико-механическим свойствам грунтов и установлении особенностей их деформирования,

- в разработке методики моделирования напряженно-деформированного состояния намывного массива на основе корректирования расчета по данным гидрогеологического мониторинга,

- в обосновании и совершенствовании способов прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб на основе результатов геофизического мониторинга

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается

- использованием стандартных методик инженерно-геологических изысканий, маркшейдерско-геодезических, гидрогеомеханических, электрофизических измерений и аппаратуры, прошедшей метрологическую проверку,

- применением апробированных методов математической статистики и корреляционного анализа при обработке экспериментальных данных, методов геометризации и конечных элементов при компьютерном моделировании,

- положительными результатами внедрения методов комплексного мониторинга на 34 объектах (ГТС и участках бортов) угольных разрезов Кузбасса в течение 8 лет

Личный вклад автора заключается:

- в анализе причин технологических аварий бортов угольных разрезов и дамб накопителей,

- в разработке методик и реализации маркшейдерско-геодезического метода контроля в условиях синклинального залегания пород, непрерывного гидро-геомеханического мониторинга, диагностики пространственно-временных изменений физических свойств обводненных техногенных массивов по данным электрофизического мониторинга,

- в проведении экспериментальных исследований по комплексному мониторингу состояния, свойств и физических процессов в техногенных грунтовых массивах дамб и бортов угольных разрезов в производственных условиях, обработке и анализе их результатов,

- в разработке технических решений, алгоритмов расчета и методик прогноза устойчивости сооружений и бортов угольных разрезов, ожидаемого ущерба от вероятных аварий,

- в организации внедрения разработок на объектах угольной промышленности Кузбасса

Научное значение работы состоит в выявлении объектов, обосновании схем, режимов комплексного мониторинга, установлении закономерностей геомеханических и гидродинамических процессов в техногенных дисперсных грунтовых массивах угольных разрезов и разработке на этой основе способов прогноза их устойчивости

Отличие от ранее выполненных работ заключается в исследовании пространственно-временных изменений физических свойств, состояния и устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов Кузбасса, подверженных влагонасыщению и гидродинамическому влиянию ГТС

Практическая ценность работы состоит:

- в разработке методик комплексного мониторинга состояния, свойств техногенных дисперсных грунтовых массивов бортов угольных разрезов при ведении горных работ,

- в разработке методик и компьютерных программ прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и дамб накопителей жидких промышленных отходов

Реализация работы

Разработанные методики мониторинга и прогноза устойчивости техногенных грунтовых массивов, рекомендации по безопасному ведению горных работ использованы при разработке нормативных и отраслевых документов

- Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом ПБ 05-619-03 (утверждены Госгортехнадзором России, постановление от 30 05 2003 № 45, зарегистрированы Минюстом РФ, постановление от 16 06 2003 №4694),

- Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов ПБ 03-438-02 (утверждены Госгортехнадзором России, постановление от 28 01 2002 № 6, зарегистрированы Минюстом РФ, от 16 04 2002 №3372),

- Методика определения размера вреда, причиненного в результате аварии ГТС на поднадзорных Гостехнадзору России предприятиях (утверждена совместным приказом Гостехнадзора России и МЧС России, от 15 08 2003 № 482/175а, согласована с Минэкономразвития России, от 14 03 2003 № МУ-23423),

- Временное положение о порядке и контроле ведения горных работ в опасных зонах на разрезах Кузбасса / НФ "КУЗБАСС-НИИОГР", КузГТУ - Кемерово, 1999 - 28 с (согласовано с Кузнецким управлением Госгортехнадзора России, ОАО "ХК "Кузбассразрезуголь" и ОАО "Южный Кузбасс"),

- Методические указания по контролю геомеханических и фильтрационных процессов в техногенных породогрунтовых массивах гидротехнических сооружений горных предприятий комплексным геоэлектрическим методом / ГУ КузГТУ, НФ "КУЗБАСС-НИИОГР" - Кемерово, 2003 - 42 с (согласованы с ОАО "ХК "Кузбассразрезуголь")

Рекомендации по безопасному ведению горных работ, разработанные по результатам комплексного мониторинга и прогноза устойчивого состояния техногенных грунтовых массивов, использованы филиалами ОАО "Кузбасская топливная компания" ("Разрез Караканский-Южный", "Разрез Виноградовский"), филиалами ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" ("Сартакинский угольный разрез", "Мохов-ский угольный разрез", "Бачатский угольный разрез", "Краснобродский угольный разрез", "Ерунаковский угольный разрез", "Таллинский угольный разрез", "Кед-ровский угольный разрез", "Караканский угольный разрез"), ОАО "Шахта Заречная"

Учебное пособие "Расчет устойчивости бортов карьеров на ПЭВМ - Кемерово, 1998 - 115 с " (соавторы А А Фадеев, А В Гаденов, Т В Михайлова) использовано в учебном процессе для студентов специальностей горного профиля ГУ КузГТУ

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-практическом семинаре "Гидрогеологические и инженерно-

геологические проблемы при разработке угольных месторождений" (Санкт-Петербург, 1998 г), Международной научно-практической конференции "Перспективы использования геоинформационных технологий для безопасной отработки месторождений полезных ископаемых" (Санкт-Петербург, 2000 г), практическом семинаре "Организация и осуществление мониторинха безопасности гидротехнических сооружений на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях и объектах" (Москва, 2000 г), Международной конференции "Комбинированная геотехнология проектирование и геомеханические основы" (Магнитогорск, Челябинская обл , 2001 г), II Всероссийской конференции "Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций" (Красноярск, 2001 г), семинарах Госгортехнадзора России "Организация надзорной деятельности за безопасной эксплуатацией ГТС накопителей жидких промышленных отходов" (Москва, 1998 г), "Организация надзорной деятельности за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов" (Москва, 2002 г ), "Совершенствование надзора за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений накопителей жидких отходов промышленности" (Москва, 2003 г), Ростехнадзора "Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений предприятий промышленности и энергетики" (Москва, 2005 г ), "Совершенствование государственного надзора и контроля в сфере безопасности гидротехнических сооружений на объектах промышленности и энергетики" (Кемерово, 2006 г), ИПКОН РАН и Ростехнадзора "О повышении полноты и комплексности использования запасов полезных ископаемых при их добыче и переработке" (Анапа, 2005, 2006, 2007 гг), II, IV, V, VI Международных научно-практических конференциях "Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах" (Кемерово, 1998, 2000, 2002, 2005 гг), "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 2001 г), "Энергетическая безопасность России Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 2002, 2003, 2005 гг)

Экспонаты по мониторингу безопасности ГТС, оценке устойчивости бортов угольных разрезов и безопасности ГТС, подготовленные с участием автора, отмечены дипломами II и III степени Международной выставки-ярмарки "ЭКСПО-УГОЛЬ-2003", а комплексы работ по критериям безопасности ГТС предприятий угольной промышленности, обеспечению устойчивости бортов и отвалов разрезов Кузбасса, безопасных условий эксплуатации ГТС на подрабатываемой территории награждены дипломами I степени и золотыми медалями этой выставки в 2004-2007 гг

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научные работы, в том числе 34 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК, 2 монографии, получено 2 патента на изобретения

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, изложена на 320 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 29 таблиц, список литературных источников из 205 наименований, 4 приложения

Автор выражает искреннюю признательность коллективу Новационной фирмы "КУЗБАСС-НИИОГР" во главе с ктн С И Протасовым за помощь в проведении экспериментальных исследований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ современного состояния проблемы прогноза устойчивости бортов карьеров и откосов техногенных грунтовых сооружений

Приведены данные по нарушению устойчивости бортов на 6 угольных разрезах Кузбасса в 2001-2005 гг, при этом объем оползней составил от 85 до 700 тыс м3, горные работы останавливались на срок до 7 мес , перекрывались готовые к выемке запасы объемом до 110 тыс т, выводились из строя ЛЭП, технологические дороги, карьерная техника Анализ условий эксплуатации гидротехнических сооружений (ГТС) разрезов и шахт показал, что ежегодный рост аварийности на откосных грунтовых сооружениях составляет до 7 % Основными причинами нарушения технического и гидродинамического режима дамб являются недостаточная инженерно-геологическая подготовка, ошибки при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов

Мониторинг состояния, свойств горных пород, гидрогеомеханических процессов, сопровождающих эксплуатацию техногенных грунтовых массивов угольных разрезов, обеспечивается прямыми (инженерно-геологический, гидрогеологический, маркшейдерско-геодезический, тензометрический) и косвенными геофизическими (акустический, термический, геомагнитный, геоэлектрический) методами Наиболее значительный вклад в развитие данных методов внесли В Б Вагин, С В Глебов, Н И Ермаков, А И Ильин, Ю В Кириченко, Г И Колчин, В В Мельник, А М Мочалов, Ю М Николашин, Г Я Новик, М К Оксиев, В К Пискарев, Н И Прохоров, В В Ржевский, В А Сазонов, А Д Сашурин, В В Смирнов, Е Г Соболев, Г В Созыкин, П М Тютюнник, А С Федянин, Д Ф Хамраев, Г В Шубин, А В Яковлев, В С Ямщиков и другие ученые Экспериментальные исследования в данном направлении ведутся под научно-методическим руководством ВНИМИ Применение геофизических методов для контроля состояния, свойств и физических процессов в техногенных грунтовых массивах бортов карьеров наиболее целенаправленно развиваются в ГУ КузГТУ под руководством С М Простова и В А Хямяляйнена Поскольку прямые методы контроля не могут обеспечивать требуемой производительности и информативности, их следует применять в комплексе с геофизическими, что, в частности, позволяет значительно снизить требуемые объемы буровых работ

Развитие расчетных методов прогноза устойчивости уступов бортов карьеров, откосов горнотехнических и гидротехнических сооружений нашло отражение в исследованиях И Ю Арсентьева, Ю П Астафьева, В А Букина, Э Л Галусть-яна, В А Гордеева, А М Демина, А И Ильина, А И Косолапова, Е В Костина, Ю И Кутепова, Н И Маслова, В А Мироненко, В Н Попова, М А Ревазова, В В Ржевского, Н И Розанова, Г Л Фисенко, В Н Хашина, Р Р Чугаева, П С Шпакова, О И Шушкиной и др Наибольшее распространение при расчете коэффициента запаса устойчивости ку техногенных дисперсных грунтовых массивов получил метод алгебраического сложения моментов сдвигающих и удерживающих сил по плавной криволинейной или круглоцилиндрической поверхности скольжения При разделении призмы обрушения на п блоков для изотропного массива основная расчетная зависимость имеет следующий вид

кг

Z(P, cosa, tg<p, )+£(<:,/,)

.1=1 1=1

¿(^ sin ос,) .i=i

(1)

где P, - вес г-го блока пород, отнесенный к единичной ширине призмы, Н/м, а, - угол наклона поверхности скольжения в середине г-го блока, /, — длина поверхности скольжения в пределах г-го блока, м, С, - сцепление, Па, <р, - угол внутреннего трения пород г-го блока

В случае формирования в массиве депрессионной поверхности в формуле (1) учитывается взвешивающее и гидродинамическое действие воды

D ^{Hl-yl)gt (2)

COSCÍJ

где D¡ - равнодействующая взвешивающих и гидродинамических сил, отнесенная к единичной ширине призмы, Н/м, ув - плотность воды, кг/м3, Я, - средний напор

в блоке, м, вг - ширина г-ro блока, м, y¡ - средняя ордината поверхности скольжения, м,g — ускорение свободного падения, м/с2

При подтоплении откосов, сложенных невзвешиваемыми породами, их устойчивость возрастает, что учитывается дополнительной удерживающей силой

^cosQx-gJ (3)

cosa

где G, - удерживающая сила, Н, Pf - вес "свободной" (находящейся выше линии

откоса) воды в пределах блока, Н

При ведении горных работ в песчано-глинистых отложениях и эксплуатации грунтовых дамб основными причинами нарушения устойчивости являются естественная пространственная неоднородность механических свойств пород, снижение прочности массива вследствие влагонасыщения под действием природных и технологических факторов, его дезинтеграция при подработке Для прогноза безопасного состояния техногенных грунтовых массивов бортов угольных разрезов необходимо наряду с методами визуального обследования и геологических изысканий проводить непрерывный гидрогеологический, маркшейдерско-геодезический и геофизический мониторинг протекающих в массиве геомеханических и гидродинамических процессов

На основании критического анализа современного состояния проблемы сформулированы цель и задачи исследований, приведенные в общей характеристике работы

Во второй главе приводится анализ причин формирования опасных зон в техногенных дисперсных грунтовых массивах

Основные факторы, определяющие физическое состояние грунтовых массивов бортов угольных разрезов, включают природные (инженерно-геологические, гидрогеологические, физико-географические) условия и технологические параметры ведения горных работ (геометрические размеры, технология формирования, применяемое оборудование)

Физико-механические свойства отдельных стратиграфических подразделений грунтового массива даже в пределах отдельных геологических участков изменяются в очень широком диапазоне (табл 1) Естественная влажность отложений для суглинков изменяется от 18 до 23 %, а для глин - от 11 до 26 % Минимальным значением (4-5 %) обладают породы краснобродской и кедровской свит, максимальным (25 %) - сергеевской свиты, наибольший диапазон изменения влажности соответствует отложениям краснобродской свиты и составляет 4-22 % Влажность суглинков способна увеличиваться почти в два раза, а для некоторых образцов - до восьми раз Сцепление отложений изменяется от 0,015 до 0,126 МПа В пределах одной свиты пород сцепление закономерно уменьшается с увеличением влажности При полном увлажнении легких суглинков сцепление снижается до 0,09 МПа, а тяжелых суглинков - до 0,013 МПа

Таблица 1

Диапазоны изменения физико-механических свойств пород четвертичных отложений Кузбасса *

Породы (структура / свита пород) Влажность, % Почпая влагоем-кость, % Объемная масса, т/м3 Сцепление, МПа Угол внутреннег о трения, град

мин сред макс

Результаты исспедований ТИСИ.\ 1980

Суглинки (нарушен ) 18-23 09) 19-23 (21) 1,99 0,030 0,037 0,043 12-23 (17)

Суглинки (ненаруш ) 0,017 0,038 0,043 17-21 (19)

Глины (нарушен ) 11-26 (18) 12-27 (23) 2,01 0,018 0,021 0,057 10-19(15)

Глины (ненаруш) 0,015 0,036 0,054 15-23(18)

Результаты исследований ПГО "Запсибгеоюгия", 1986

Суглинки (еловская) 12-17(14) 25-30(28) 1,77 0,050 0,069 0,088 19-36(27)

Суглинки (красноб) 4-22(9) 25-39(30) 1,66 0,044 0,064 0,075 6-31 (21)

Суглинки (бачат) 17-21(19) 30-39(34) 1,71 0,050 0,056 0,069 19-31 (26)

Суглинки (кедров) 5-17(12) 27-36(30) 1,73 0,025 0,064 0,106 23-36 (28)

Глины (сергеевская) 15-25(19) 26-35(29) 1,83 0,038 0,059 0,070 15-31 (25)

Глины (сагарлык) 8-22(16) 27-32(29) 1,82 0,050 0,084 0,106 16-25 (20)

Глины (моховская) 16-20(18) 25-30(27) 1,86 0,044 0,072 0,100 25-28(26)

Глины (меретская) 11-13(12) - - - 00126 - -

Глины (коры вывет) свойства сравнимы с породами меретской и моховской свит

Результаты исследований НПФ "Карбон ", 2004

Суглинки 17 - 1,96 - 10,031 - 22

Глины 16,2 - 2,00 - 10,037 - 20

Резуптаты исследований НФ "КУЗБАСС-НИИОГР", 2005

Суглинок легкий 18-26(21) - 2,11 - 0,090 - 22

Суглинок легкий 21-26(24) - 1,63 - 0,020 - 22

Суглинок тегкий 17-22(19) - 1,89 - 0,023 - 27

Суглинок тяжелый 21-22(22) - 1,97 - 0,013 - 17

*в скобках приведены средние значения параметров

Проведенный на основе геологического мониторинга анализ причин нару-

шения устойчивости бортов глинистых пород на уч. № 3 ОАО "Разрез Сартаки", юго-восточном борту ЗАО "Разрез Майский", северо-западном борту ООО "Разрез Губернский", юго-западном борту уч. № 3 ОАО "Вахрушевский угольный разрез" показал, что основными причинами оползней бортов угольных разрезов, сложенных глинистыми породами, являются неблагоприятные сочетания действия природных и техногенных факторов. При соблюдении проектных параметров бортов и уступов нарушение устойчивости дисперсных грунтовых массивов обусловлено снижением прочностных свойств пород вследствие их локального вла-гонасыщения атмосферными осадками, фильтрацией жидкости из прилегающих ГТС.

В качестве примера приведена схема формирования оползня насыпи вскрышных пород высотой до 40 м на юго-западном борту участка № 3 ОАО "Вахрушевский угольный разрез" (рис. 1). Вследствие инфильтрации воды в насыпной массив через разрушенные металлические лотки дна водоотводной канавы произошло водонасыщение основания насыпи. Вследствие снижения прочностных характеристик массива параллельно бровке откоса образовались трещины отрыва и произошло сползание пород при ширине призмы обрушения до 15 м.

_ Контур юго-западного борта_ Водоотводная канава

отраЪотатогСщтдй выработки'Киселевский водовод ' Контур насыпных пород

Скв. 2897 Инфильтрация воды \ /'по состоянию на 2002 год

в тело насыпи\ \ О /А У ту .

-------—/ _ Контур насыпных пород

. \ " по состоянию на 199Тгод

ч/Л"4 ,

_________Уровень воды_ п п^

^онасышенн^к^а^^_ ____з^

Ъсноканце^/,// С В \ -,1П

Рис. 1. Схема формирования оползня влагонасыщенного техногенного массива ОАО "Вахрушевский угольный разрез"

Мониторинг состояния техногенных массивов ГТС ОАО ЦОФ "Кузбасская", ОАО "Разрез Сартаки", ОАО "Разрез Моховский", ЗАО "Черниговец", ООО "Шахтоуправление Кондомское", ОАО "Салаирский ГОК", ОАО "Шахта Первомайская", ОАО "КМК", ОАО ГОФ "Чертинская" и других накопителей жидких промышленных отходов показал, что нарушения устойчивости откосных сооружений ГТС (дамб, плотин, перемычек) в виде оползней, сопровождаемых гидродинамическими авариями, достаточно редки. Вместе с тем, большой объем хранящихся жидкостей при неблагоприятном сочетании природных и технологических факторов определяет потенциальную опасность фильтрации влаги из хранилищ в зоне их гидродинамического влияния в техногенные массивы бортов разрезов.

Прибортовые зоны, в которых возможно формирование фильтрационных коллекторов от ГТС, представляют собой особые техногенные массивы, физиче-

ские процессы в которых исследованы недостаточно Примером подобных объектов является массив четвертичных отложений мощностью до 40 м западного борта участка № 4 филиала ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" "Бачатский угольный разрез", расположенный на расстоянии 300-600 м от дамбы Сагарлыкского гидроотвала Локальные оползневые процессы с водопроявлениями наблюдались на этом борту в течение нескольких лет Общая протяженность оползнеопасного участка борта превысила 1500 м (рис 5)

Установлено расположение опасных зон в техногенных дисперсных грунтовых массивах угольных разрезов, подлежащих мониторингу К зонам, формируемым под воздействием природных факторов, относятся подрезанные контакты слоев, ориентированные в сторону выработанного пространства, участки повышенной водообильности, участки развивающихся деформаций, а также участки борта, находящиеся в зоне гидродинамического влияния ГТС Зоны, опасные по прорыву воды, расположены в районах подтопленных участков, карстовых полостей и напорных водоносных горизонтов, на участках напорных сооружений накопителей жидких промышленных отходов Зоны, опасные по горнотехническим факторам, приурочены к отвалам на слабом, наклонном, слоистом основании, участкам размещения нагрузки в пределах призмы возможного обрушения, зонам влияния подземных выработок

Основной причиной оползней техногенных дисперсных грунтовых массивов является несоответствие геометрических параметров борта, отвала или дамбы инженерно-геологическим условиям вследствие недостаточного учета снижения прочностных характеристик грунтов при влагонасыщении их под воздействием атмосферных осадков и скрытых фильтрационных коллекторов от прилегающих водных объектов

Третья глава посвящена обоснованию и разработке методики комплексного мониторинга гидродинамических и геомеханических процессов в техногенных дисперсных грунтовых массивах

Комплексный мониторинг гидродинамических и геомеханических процессов в техногенных грунтовых массивах бортов угольных разрезов включает инженерно-геологический, гидрогеомеханический, маркшейдерско-геодезический и оперативный электрофизический контроль, осуществляемые непрерывно при ведении горно-строительных работ и эксплуатации горнотехнических сооружений

Предложенная автором методика инженерно-геологического контроля включает проведение изысканий для отдельного участка методами полевого статического зондирования и колонкового бурения скважин на всю толщу рыхлых четвертичных отложений с отбором монолитов грунтов, позволяющими уточнить условия залегания, литологическое строение массива, с изучением физико-механических свойств пород, ретроспективный анализ опыта эксплуатации участков с подобными условиями, районирование исследуемого участка в пределах выявленных интервалов изменения физико-механических характеристик массива, прогнозирование для каждого района оптимальных параметров бортов и уступов, удовлетворяющих условиям устойчивости, разработку технологических решений,

учитывающих технические характеристики применяемого оборудования и особенности системы разработки месторождения

Гидрогеомеханический мониторинг заключается в контроле изменений по глубине и во времени избыточного порового давления с помощью заглубленных гирлянд датчиков порового давления

Автором рекомендовано для синклинального залегания пород, характерного для условий Кузбасса, наблюдательные станции маркшейдерско-геодезического контроля закладывать с учетом геологической структуры массива, а профильные линии выбирать, исходя из расположения борта карьера и оси складки, минимальных и максимальных отметок по оси складки, а также глубины ведения горных работ

Электрофизический мониторинг основан на взаимосвязи удельного электросопротивления (УЭС) грунтов с их пористостью и влажностью

Р = (4)

где р - УЭС грунта, Ом м, Кр - коэффициент пористости (пустотности), Кц,- -коэффициент влагонасыщения пространства пор и полостей, рщ- УЭС раствора, заполняющего поровое пространство, Ом м, у, а, (3, у - эмпирические параметры, зависящие от структурно-текстурных особенностей исследуемых фунтов (пород), \\1 — параметр, обусловленный влиянием поверхностной проводимости глинистых частиц, а - параметр, определяемый структурой порового пространства, (3 - параметр, определяемый извилистостью пор, у - параметр, зависящий от смачиваемости раствором поверхности пор

Структурные параметры, определяющие количественную зависимость УЭС глинистых горных пород от пористости и влагонасыщенности, изменяются в следующих диапазонах для грунтов естественного залегания (супеси, суглинки, глины) у = 1,3-1,5, (3 = 1,3-1,5, для насыпных уплотненных грунтов у = 1,5-1,8, (3 = 1,3-1,5 (для дресвяного грунта, являющегося отходом обогатительных фабрик и используемого при строительстве дамб ГТС, у = 4,3-5,0), для твердых пород (песчаник, алевролит, аргиллит) а = 0,4-1,0, (3 = 0,8-1,8

Контроль относительного изменения пористости Кр и влагонасыщенности Куу участков массивов глинистых горных пород вблизи земной поверхности при горно-строительных работах, эксплуатации дамб обеспечивается по изменениям в пространстве и во времени УЭС относительно начальных или опорных значений Электрофизический мониторинг пространственно-временных изменений геологической структуры и физических свойств обводненных техногенных дисперсных грунтовых массивов обеспечивается по вариациям эффективного УЭС рк по схемам вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), электропрофилирования (ЭП) с учетом влияния наклонных поверхностей откосов и степени заполнения хранилищ жидкими отходами

р к=ккиХкп2~, (5)

где рк - эффективное УЭС массива, Ом'м; к - геометрический коэффициент установки АМ№В, м; кп] - поправочный коэффициент, учитывающий экранирующее влияние откоса, зависящий от высоты, угла откоса дамбы (уступа), базы установки и расстояния от ее оси до бровки; кп 2 — поправочный коэффициент, учитывающий изменение условий измерений со стороны верхового откоса дамбы при заполнении емкости ГТС; А{7— падение напряжения на электродах МЫ, В; / - ток, протекающий через электроды АВ, А.

Путем физического моделирования на электролитической установке с использованием критериев подобия установлено, что поправочные коэффициенты и нелинейно уменьшаются в диапазоне 1-0,74 при приближении к бровке дамбы (уступа).

Для повышения надежности оценки проводилось статистическое усреднение не менее чем при двух сериях измерений по схемам ВЭЗ и ЭП. При этом погрешность измерений истинных значений рк не превышала 5-7 %.

Для количественной интерпретации результатов ЭП предложено использовать графические зависимости, которые являются аналогами классических палеток для среды с УЭС слоев р] и р2, адаптированными к установленным диапазонам изменения УЭС для исследуемых объектов (рис. 2).

Рис. 2. Зависимости между отношением контролируемой мощности к первого слоя к базе установки А В и относительным эффективным УЭС рк / р ] при р 1 /р2

1 -0,1; 2-0,2; 3-0,5; 4-0,7; 5-1,5; 6-2; 7-5; 8-10

Значительное снижение объемов буровых работ при оценке расположения протяженных влагонасыщенных зон грунтовых массивов обеспечивается использованием схемы продольного ЭП (ось и направление перемещения установки ААШВ параллельны бровке). При этом база установки АВ3 принимается путем предварительного сопоставления результатов колонкового бурения скважин с отбором монолитов или гидрогеологических измерений с отрицательными аномалиями графика ВЭЗ на этом участке. По результатам исследований на 14 участках прямых измерений величина базы АВ3 в зависимости от параметров геоэлектрического разреза изменялась в диапазоне 3,2-6,9 глубины ко расположения опорной отметки.

При исследовании зон влагонасыщения в основаниях дамб ГТС в качестве опорной величины используют высоту дамбы.

В четвертой главе содержатся результаты изучения закономерностей изменения состояния, свойств пород и физических процессов в грунтовых дамбах.

Устойчивость дамб равнинного типа с высотой гидростатического напора менее 15 м определяется интенсивностью фильтрационных процессов в теле дамбы. Обводненные зоны, как правило, приурочены к местам водопроявлений на низовом откосе и формируются при отступлении от норм проектирования, строительства или эксплуатации дамб. Диагностирование обводненных зон по глубине техногенного массива обеспечивается гидрогеологическими наблюдениями при бурении скважин, в плане - электрофизическим методом, включающим предварительное ВЭЗ на участке прямых изысканий и продольное ЭП параллельно оси гребня с базами, соответствующими установленным опорным глубинам. Прогноз формы депрессионной кривой на участках скрытой фильтрации обеспечивается поперечным ЭП (ось установки параллельна бровке, направление перемещения перпендикулярно к ней) с базой установки, соответствующей верхней границе обводненного слоя. Размеры в плане локальных зон обводнения и скрытой фильтрации при частичном влагонасыщении техногенного массива и основания дамбы для сооружений равнинного типа находятся в диапазоне от 20 до 100 м (рис. 3).

Рис. 3. Влагонасыщенные зоны в грунтовой дамбе шламового отстойника "Дальний" ОФ ОАО "Шахта им. С. М. Кирова": ВЭЗ №№ 1-3 - в теле дамбы; ВЭЗ № 4 - в основании

Гидродинамические процессы в дамбах овражного типа приурочены к нижним отметкам естественного рельефа основания (тальвегам логов). Диагностирование зон обводнения и скрытой фильтрации обеспечивается продольными ЭП по гребню и откосу дамбы. Глубина расположения верхней границы обводненной зоны при нормальном режиме фильтрации может достигать 4-8 м от поверхности

гребня и 2,5-3 м от поверхности откоса в средней его части, причем с увеличением степени заполнения хранилища (гидростатического давления) эта глубина пропорционально снижается, а локальные коллекторы имеют тенденцию к слия-

Рис. 4. План дамбы шламонакопителя ОФ ЗАО "Черниговец" (а) и ее вертикальное сечение по оси Оу (б) с границами обводненных зон, определенными по результатам исследований при различных уровнях заполнения: 0\Х], С>2*2. - профили ВЭЗ и ЭП; О3Х3 - профиль визуальных наблюдений; скв. 1 и скв. 2 - геологические скважины, оборудованные пьезометрами

Устойчивость техногенных массивов на слабом водонасыщенном основании определяется как гидродинамическими, так и деформационными процессами. Скрытые фильтрационные коллекторы имеют относительно стабильную ширину, составляющую 30-50 м, их нижняя граница приурочена к поверхности намывного слоя, а расположение верхней границы зависит от режима заполнения емкости накопителя.

Деформационные процессы в теле дамб подобного типа характеризуются сочетанием одновременно происходящих на различных участках вертикальных и горизонтальных деформаций, обусловленных следующими процессами: консолидацией насыпных пород под действием гравитационных сил, технологических нагрузок, гидростатического и избыточного порового давления; разуплотнением пород над зонами скрытых фильтрационных коллекторов; горизонтальными поступательными и вращательными смещениями участков техногенного массива, расположенных на намывном слое большой мощности.

Зоны скрытой фильтрации в техногенных массивах бортов разрезов, находящихся в зонах гидродинамического влияния ГТС, диагностируют по отрицательным аномалиям эффективного УЭС с использованием схем ВЭЗ и ЭП аналогично мониторингу дамб (рис. 5).

Рис. 5. Прогнозное расположение фильтрационных коллекторов в техногенном массиве западного борта участка № 4 филиала ОАО "УК "Кузбассразрезугсиь" "Бачатский угольный разрез": 1 - профили ВЭЗ и ЭП; 2 - зоны наиболее интенсивных проявлений оползней; 3 - контуры выявленных зон скрытой фильтрации; 4 - Сагарлыкский гидроотвал; 5 - борт угольного разреза

Зоны фильтрации приурочены к участкам с максимальной мощностью естественных или насыпных грунтов, в прибортовой зоне могут залегать на глубине до 6-18 м и иметь ширину до 120 м.

В пятой главе приведены результаты изучения закономерностей изменения состояния техногенных дисперсных грунтовых массивов бортов угольных разрезов.

Анализ параметров устойчивых бортов угольных разрезов в различных горно-геологических условиях показал, что фактические значения углов наклона а и высоты Н бортов и уступов значительно отличаются от расчетных вследствие недостаточного учета локальных изменений инженерно-геологических услозий формирования свойств техногенных грунтовых массивов. При изменении сцепления грунтов в диапазоне С = 0,122-0,243 МПа вариации расчетных значений а при Н = 30 м составляют Аа = 2-13°, при Н= 60 м Да = 20-22°. При пологом залегании естественных поверхностей ослабления при угле ¡3 = ±4° и коэффициенте запаса устойчивости п = 1,3—1,5 Да = 14-17°.

При формировании в намывном массиве влагонасьпценных и намывных зон наиболее информативной количественной характеристикой физического состояния массива является показатель текучести который связан с плотностью у (т/м"), углом внутреннего трения ср (град) и сцеплением грунтов С (МПа) зависимостями, близкими к линейным:

у=2,01-0,15/£(г = 0,73,*=6,6);

Ф = -7,57~ 5,82 ¡1 + 23,24 (Л = 0,62, ? = 5,13); (6)

С = 2,83 - 2,211Ь (г = 0,69, г* = 6,1), где г - коэффициент корреляции; Л - корреляционное отношение; г - критерий надежности оценки.

При расчете параметров устойчивых уступов и бортов следует производить районирование массива с выделением отложений от текучей до текучепластичной консистенции (// > 0,75), от мягкопластичной до твердопластичной консистенции (/^ < 0,75) и слоев твердых грунтов. Пример районирования намывного массива приведен на рис. 6.

Основная дамба

перемычка

}• • • |-твердая консистенция, /£< 0 8ЯИИВ-мягкопластичная, /¿= 0,5 - 0,75 Щ^Щ- полутвердая, /¿= 0 - 0,25 ЕШЗ" текучетастычная, Ц= 0,75 - 1,0

Щд^-тугопластичная, 1^0,25-0,5 1 У текучая, 1Ь>1,0

Рис. 6. Районирование намывного массива участка № 3 ОАО "Кедровский разрез" по результатам геологического мониторинга (С2-2002 ... С5-2002 - геологические скважины)

Маркшейдерский мониторинг в опасных зонах техногенных грунтовых массивов бортов угольных разрезов, включающий измерение полных векторов смещений и их составляющих, обеспечивает прогноз формы поверхности скольжения в изотропном массиве, места формирования вертикальной трещины отрыва оползня, размеров зон и степени геомеханического влияния сухих и гидроотвалов.

В намывных техногенных массивах, сложенных влагонасыщенными грунтами различной консистенции, имеет место поступательное горизонтальное движение слоя мягкопластичных суглинков на глубине 5-18 м в сторону откоса борта вдоль тальвега естественного лога. Этот процесс сопровождается вращательным опрокидыванием верхнего менее пластичного слоя в обратном направлении, при этом скорости горизонтальных смещений составляют 55-90 % от скоростей оседаний (рис. 7).

Рис. 7. Расположение реперов наблюдательной станции по намывному массиву и результаты инструментальных наблюдений (2004 г.): 1 - результирующий вектор смещения в горизонтальной плоскости; 2 - величина оседания (в см); 3 - тальвег лога; 4 - направление уклона

Гидрогеомеханический мониторинг обеспечивает прогноз изменения эффективных напряжений в скелете грунта, гидростатического давления, избыточного порового давления по глубине намывного или влагонасыщенного техногенного массива. Зоны избыточного порового давления, снижающего устойчивость массива, формируются в грунтах мягко- и текучепластичной консистенции, при этом возрастание порового давления с глубиной пропорционально величине внешней нагрузки (рис. 8).

Использование метода конечных элементов, ввод в компьютерную модель результатов геологического мониторинга физико-механических свойств, корректирование усредненных исходных значений путем сопоставления предварительных расчетных значений порового давления с данными гидрогеомеханического мониторинга обеспечивают прогноз пространственно-временных изменений порового давления, напряжений и деформаций влагонасыщенного грунтового массива экспериментально-аналитическим методом с погрешностью не более 5 %.

Расчетные изолинии максимальных эффективных напряжений совпадают с потенциальными поверхностями скольжения, а размеры зоны, опасной по обрушению при разработке намывных грунтов, определяют по величине горизонтальных смещений (рис. 9).

я, м

Рис. 8. Графики изменения влажности IV. показателя текучести ¡1 (а), и эпюр распределения структурных напряжений в намывном массиве (б): о - полные напряжения; оэф - эффективные напряжения; Ри- поровое давление; ЛР - избыточное поровое давление; Рт - гидростатическое давление

• та —л»

0)72 0,97 1,22 1,47 1 а72 ^ '31 0,37 0.43 0,49 0,'55^

(Р

Рис. 9. Динамика формирования порового давления (а), максимальных эффективных напряжений (б), горизонтальных смещений (в) и общих векторов смещений (г) в намывном массиве при отработке трех горизонтов

Основные расчетные зависимости, реализованные при моделировании геомеханического состояния техногенного массива, приведены ниже:

вектор

-столбец смещений {/(х,^)} = [Лг]{5}е

(7)

- деформации {ех} = ||} = {а,} = ||} = Щ V

1ху> 2\ду дх\ 2[8у дх у

- напряжения {а}=[/1>]({е} - {е0 }),

где [Ы] - специальные функции, (5,} = I ! I - узловые смещения, [/, V

Ы

ненты сил, \В] - матрица упругости, {е0} - начальные деформации

Шестая глава посвящена совершенствованию способов и методик прогноза устойчивости откосов грунтовых дамб и бортов угольных разрезов, сложенных глинистыми грунтами

Основными путями повышения точности прогноза устойчивости бортов угольных разрезов являются переход от графоаналитических расчетов к аналитическим компьютерным, выявление наименее устойчивых участков по данным геолого-геофизического мониторинга, учет в расчетах пространственно-временных изменений физико-механических свойств грунтового массива, установленных на основе геофизического мониторинга

Компьютеризация расчета коэффициента запаса устойчивости бортов угольных разрезов при отсутствии неблагоприятно ориентированных поверхностей ослабления для случаев обводненных и подтопленных откосов обеспечивается формализацией сети полигонометрических ходов путем задания координат узловых точек в геометрической цифровой модели борта

Повышение точности прогноза устойчивости откосов дамб и бортов угольных разрезов обеспечивается оценкой вероятности перехода скрытой стадии оползня в открытую по критическим значениям площади зоны водонасыщения или разрушения, имеющей форму эллипса, величины осей которого устанавливают по размерам соответствующих аномалий на графиках ЭП по продольной оси, расположенной в средней части гребня дамбы (вдоль борта карьера) параллельно бровке, с базой установки, соответствующей залеганию вероятной поверхности скольжения, и поперечной оси, расположенной в точке экстремального значения УЭС (рис 10)

Выявление наименее устойчивых зон бортов разрезов и откосных сооружений обеспечивается по минимальным значениям коэффициента запаса устойчивости, рассчитываемым по формулам (1) - (3), известным физико-механическим характеристикам горных пород и изменяющимся значениям глубины залегания вероятной поверхности скольжения, прогнозируемым по графикам продольного ЭП с использованием зависимости

Кх) = /{рк(х)1рх}^ (11)

ко Лрко/РО '

где /г - изменяющаяся глубина залегания поверхности, м, рк — эффективное УЭС, Ом м, /¡о, рко - значения И и рк для опорной точки графика ЭП, р1 - УЭС первого

(8)

(9) (10) - компо-

геоэлектрического слоя, Ом-м; /(рк/р1) - функция, определяемая из решения прямой задачи электроразведки (по палетке) для двухслойной среды (рис. 2); х - координата точки профиля, м.

Рис. 10. Схема прогноза устойчивости уступа борта карьера электрофизическим методом: 1-5 - слои геологического разреза; 6 - геологические скважины; 7 - вероятная поверхность скольжения; 8 - зона очага оползня; Ох - основной профиль; 0\у - дополнительный профиль

Повышение точности и оперативности прогноза устойчивости намывного массива достигается путем непрерывного гидрогеологического мониторинга и сопоставления текуших значений порового давления с критическими (табл. 2), соответствующими минимальному значению коэффициента запаса устойчивости (табл. 3), рассчитанными в точках установки датчиков при наиболее неблагоприятном сочетании сил гравитации Рр, трения Ртр, сцепления гидростатического взвешивания О и избыточного порового давления АР. Расчетная схема для условий намывного массива гидроотвала № 3 ОАО "Разрез Кедровский" приведена на рис. 11.

Таблица 2

Критические значения избыточного порового давления в точках установки

датчиков

Номер скважины Номер датчика Поровое давление, МПа

Скв. С2-2002 201 0,045

465 0,125

Скв. С2-2004 859 0.110

Скв. СЗ-2004 208 0,070

Таблица 3

Результаты расчета коэффициента запаса устойчивости намывного массива

Поверхность скольжения Сочетание нагрузок

/*/>, /"с ^тр, Я:, ДАР

АВ 2,28 1,66 1,33

АС 3,35 2,38 1,73

АО 2,72 2,03 1,28

Рис 11 Расчетная схема для определения критических значений порового давления 1 - поверхность скольжения, 2 - изолинии порового давления

Совершенствование методик и компьютерных программ прогноза устойчивости техногенных дисперсных массивов обеспечивается определением функции ординаты депрессионной кривой в пределах расчетного блока электрофизическим методом с последующим расчетом коэффициента запаса устойчивости по соотношению суммарных моментов сдвигающих и удерживающих сил с учетом геометрических параметров блоков, призмы возможного обрушения, физико-механических свойств пород, а также гидростатических и гидродинамических сил Реализация разработанных методик и программ на трех объектах ГТС ЗАО "Черниговец" (рис 4), ОАО "Разрез Кедровский", обогатительной фабрики ОАО "Шахта им С М Кирова" (рис 3), показала, что расхождение в точности прогноза устойчивости при определении депрессионной кривой электрофизическим методом в сравнении с пьезометрическим не превышает 12 %

Совершенствование методик прогноза ущерба от нарушения устойчивости дамб накопителей обеспечивается определением потенциально опасных сечений дамбы бесскважинным электрофизическим 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 Для условий дамбы шламового отстойника "Дальний" ОФ ОАО "Шахта им С М Кирова" установлено 5 наиболее опасных расчетных сечений (рис 4), а возможный эколого-экономический ущерб от пред-

полагаемой гидродинамической аварии в зависимости от сценария составил от 637,7 до 1312,8 тыс руб Проведенные исследования способствовали снижению вероятности загрязнения природоохранного объекта - реки Ини

Критериями безопасного состояния накопителей, расположенных на подработанной горными работами территории, являются отметка воды в емкости, объем водопритоков в подземные выработки, величина снижения уровня воды, наклоны и горизонтальные деформации земной поверхности, коэффициент запаса устойчивости откосов дамбы, градиент напора фильтрационного потока Прогноз безопасного состояния таких ГТС основан на расчете наклонов и горизонтальных деформаций в главных сечениях мульды и точках расчетной сетки по данным инженерно-геологических изысканий и маркшейдерского мониторинга (табл 4), построении объемной цифровой модели деформации земной поверхности под отстойником и сопоставлении расчетных значений с допустимыми (табл 5)

Таблица 4

Методика расчета ожидаемых наклонов г и горизонтальных деформаций е

подработанного массива

Расчетная зона | Наклоны I | Горизонтальные деформации е

В главных сечениях мульды

По простиранию \ Ли] М) еХ1 = 0,5ао \ Л т М)

Вкрест простирания 'х2=- / Л т К \ / ех2 =-0'5ао Л т к /

В потумульде по падению / \ Л т / Еу\ =0,5 а0 в=- а \ ^ [5"(г>1) + 2В5'(2з,1)]> Ч / л к + /г., - -->0 о V яср ;

В полумульде по восстанию ( Л т и2 54^2) / £у2 = -0,5ао

В точках расчетной сетки

По простиранию 1ху ~ гх$(гу) ®ху

Вкрест простирания 1ух =1у$(2х) еух = Еу^(2х)

В табл 4 приняты следующие обозначения ¿'(г), 5'(г), Б "(г) - функции типовых кривых, определяемые по табл 17-23 "Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях" (ВНИМИ, 1998), а0 - относительное максимальное горизонтальное сдвижение, а - угол падения пласта, Яср - средняя глубина разработки, и, И - мощность наносов, м, Им - мощность горизонтально залегающих (а < 5°)

мезозойских отложений, м, т\т — максимальное оседание, м, Ь\, 1,2, ¿з - размеры полумульды, соответственно по падению, по восстанию и по простиранию, м

Таблица 5

Результаты прогнозных расчетов для условий отстойника № 5 ОАО "Шахта Заречная"

Наименование пласта и очистной

Виды выработки

деформаций Толмачевский Бреевский и

(лава 18-25) Толмачевский

Ожидаемые

- наклоны 1 103 -12,42 -10,29 -19,95

- горизонтальные деформации 6 103 -8,31 -7,82 -12,73

Расчетные

- наклоны г 103 -17,39 -14,41 27,93

- горизонтальные деформации е 103 -11,63 -10,95 17,82

Допустимые

- наклоны 1 103 ±3,5

- горизонтальные деформации е 103 ±4

Оценка риска гидродинамической аварии включает идентификацию опасностей, определение сценария развития аварии, количественный прогноз риска методом экспертной оценки и расчет ожидаемого ущерба Величина ожидаемого ущерба от прорыва воды из шламоотстойника обогатительной фабрики (г Меж-дуреченск), расположенного на подработанной территории, при наиболее неблагоприятном сценарии гидродинамической аварии составила 346,5 тыс руб

В седь мой главе приведены сведения о внедрении разработанных способов и методик на угольных предприятиях Сибирского региона

Разработанные научно-технические решения по комплексному мониторингу техногенных дисперсных грунтовых массивов внедрены на 24 объектах ГТС накопителей жидких промышленных отходов на угольных и горнорудных предприятиях Кузбасса, в результате чего обеспечены безаварийная эксплуатация сооружений в течение 4-6 лет, а также условия для выемки запасов угля открытым и подземным способами

Внедрение разработок на 10 участках бортов угольных разрезов Кузбасса обеспечило за счет своевременного принятия технологических решений предотвращение оползневых явлений в естественных четвертичных отложениях и намывных массивах, а также безопасные условия отработки запасов угля суммарным объемом 1380 тыс т

Экономический эффект от внедрения разработок обеспечивается частичной заменой геологического мониторинга с бурением разведочных скважин на бес-скважинный электрофизический

Расчетная экономия от применения комплексного мониторинга ГТС составила за период 2001-2007 гт 2251,2 тыс руб , а на бортах угольных разрезов за период 1999-2007 гг - 1623,2 тыс руб

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решена крупная научная проблема оценки состояния и прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга, в результате чего обеспечивается повышение безопасности горных работ и увеличение сроков безаварийной эксплуатации гидротехнических сооружений, что имеет важное хозяйственное значение для горнодобывающей отрасли

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему

1 Ведение открытых горных работ в песчано-глинистых отложениях и эксплуатация грунтовых дамб накопителей жидких промышленных отходов осложняются нарушениями их устойчивости, основными причинами которых являются естественная пространственная неоднородность механических свойств породного массива, снижение прочности грунтового массива вследствие влагонасыщения под действием природных и технологических факторов, дезинтеграция массива при подработке Для обеспечения безопасного состояния техногенных грунтовых массивов бортов угольных разрезов необходимо наряду с методами визуального обследования и геологических изысканий проводить непрерывный гидрогеологический, маркшейдерско-геодезический и геофизический мониторинг протекающих в массиве геомеханических и гидродинамических процессов

2 Оползнеопасные зоны бортов карьеров характеризуются сочетанием подрезки контактов слоев четвертичных отложений, ориентированных в сторону выработанного пространства и повышенной водообильности Действие технологических факторов при формировании опасных зон существенно при устройстве отвалов на слабых, наклонных, слоистых основаниях, в пределах призмы возможного обрушения, а также при ведении работ в зонах влияния подземных выработок При соблюдении проектных параметров бортов и уступов нарушение устойчивости грунтовых массивов обусловлено снижением их прочностных свойств вследствие локального влагонасыщения атмосферными осадками, а также фильтрацией жидкости из прилегающих ГТС Гидродинамически связанные с ГТС дисперсные горные породы образуют техногенные прибортовые массивы естественного сложения, физические процессы в которых в значительной мере определяют изменение устойчивости, что требует проведения их непрерывного мониторинга

3 Комплексный мониторинг гидродинамических и геомеханических процессов в опасных зонах техногенных грунтовых массивов включает инженерно-геологический, маркшейдерско-геодезический, гидрогеомеханический, электрофизический контроль, прогноз на их основе безопасного состояния объектов и ущерба от вероятных аварий

Инженерно-геологический мониторинг включает уточнение условий залегания, цитологического строения массива и изучение его физико-механических свойств путем изысканий, районирование исследуемого участка по выявленным

интервалам изменения свойств пород, прогнозирование по фактическим данным оптимальных параметров бортов и уступов

Профильные линии наблюдательных станций маркшейдерско-геодезиче-ского контроля в условиях синклинального залегания пород устанавливают с учетом расположения борта карьера, оси складки, минимальных и максимальных отметок по ее оси, размеров зоны деформирования

Гидрогеомеханический мониторинг включает прогноз изменения эффективных напряжений в скелете грунта, гидростатического и избыточного порового давления по результатам пьезометрических измерений в глубине влагонасыщен-ного или намывного техногенного массива

Электрофизический мониторинг заключается в диагностике пространственно-временных изменений физических свойств обводненных техногенных массивов по вариациям эффективного удельного электросопротивления с применением схем зондирования и профилирования и учетом геометрических параметров откосов и степени заполнения ГТС жидкими продуктами При этом снижение объемов буровых работ при оценке расположения протяженных влагонасыщен-ных зон обеспечивается использованием схем продольного и поперечного электропрофилирования с базой установки, в 3,2-6,9 раза превышающей глубину расположения опорных отметок, определяемых инженерно-геологическими изысканиями с бурением скважин или гидрогеологическими измерениями Для расчета глубины расположения верхней границы обводненной зоны применяют палетки двухслойных геоэлектрических разрезов

4 Влагонасыщенные зоны в теле грунтовых дамб формируются на участках с повышенной проницаемостью по контакту насыпного массива с естественным основанием, при этом ширина этих зон изменяется в диапазоне от 20 м в районе тальвегов логов для дамб овражного типа до 100 м для дамб равнинного типа, а форма депрессионной поверхности в сечении повторяет скорректированный график поперечного электропрофилирования В дамбах на слабом водонасыщенном основании фильтрационные коллекторы формируются по контакту с намывным слоем

Зоны гидродинамического влияния действующих и погашенных гидроотвалов формируются в проницаемых песчано-глинистых грунтах, при этом зоны скрытой фильтрации в прибортовых массивах угольных разрезов залегают на глубине 6-18 м и имеют ширину до 120 м

5 Фактические значения углов наклона бортов карьеров существенно отличаются от расчетных вследствие недостаточного учета локальных изменений геологических условий грунтовых массивов Наиболее информативным параметром физического состояния влагонасьпценных и намывных зон грунтового массива является показатель текучести /¿, линейно связанный с плотностью, углом внутреннего трения и сцеплением грунтов При районировании техногенного массива целесообразно выделять зоны > 0,75 (текучая и текучепластичная консистенция) и/£< 0,75 (мягко- и твердопластичная)

Измерение полных векторов смещений грунтовых массивов обеспечивает

прогноз формы поверхности скольжения изотропного массива борта разреза, места формирования вертикальной трещины отрыва, размеров зон и степени влияния сухих и гидроотвалов В намывных массивах происходит поступательное горизонтальное движение слоя мягкопластичных суглинков на глубине 5-18 м в сторону обнажения борта вдоль тальвега естественного лога и вращательное опрокидывание верхнего менее пластичного слоя в обратном направлении при средних скоростях горизонтальных смещений, составляющих 55-90 % от скоростей оседаний

Избыточное поровое давление формируется в намывных грунтах мягко- и текучепластичной консистенции, его возрастание с глубиной пропорционально величине внешней нагрузки Использование метода конечных элементов, ввод в компьютерную модель данных геологического мониторинга и корректирование расчетов по экспериментальным значениям порового давления обеспечивают прогноз расположения потенциальной поверхности скольжения и размеров зон, опасных по обрушению, при разработке намывных грунтов с погрешностью не более 5 %

6 Переход к аналитическому методу расчета коэффициента запаса устойчивости бортов основан на формализации сети полигонометрических ходов путем задания координат узловых точек и создании цифровой модели борта

Повышение точности экспериментально-аналитического прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб обеспечивается

- оценкой вероятности перехода от скрытой стадии оползня в открытую по критическим значениям площади зоны водонасыщения, выявлением наименее устойчивых участков с учетом установленной изменяющейся глубины залегания вероятной поверхности скольжения и фактической формы депрессионной поверхности путем электрофизического мониторинга,

- сопоставлением текущих значений порового давления при гидрогеоме-ханическом мониторинге в намывных массивах с критическими, рассчитанными в точках установки датчиков при наиболее неблагоприятном сочетании сил гравитации, сцепления, гидростатического взвешивания и избыточного порового давления

Прогноз безопасного состояния ГТС, расположенных на подработанной территории, основан на расчете наклонов и горизонтальных деформаций в главных сечениях мульды и точках расчетной сетки по данным инженерно-геологических изысканий и маркшейдерского мониторинга, построении объемной цифровой модели деформации земной поверхности под отстойником и сопоставлении расчетных значений с допустимыми

Повышение точности прогноза ущерба от нарушений устойчивости дамб обеспечивается определением потенциально опасных сечений по данным электрофизического мониторинга, поэтапным расчетом параметров размыва прорана, определением параметров потока и оценкой эколого-экономического вреда от последствий затопления Оценка риска прорыва воды в выработки включает идентификацию опасности и определение сценария развития аварии по данным комплексного мониторинга, прогноз вероятности прорыва методом экспертной оцен-

ки и расчет ожидаемого ущерба

7 Внедрение разработанных научно-технических решений по комплексному мониторингу техногенных грунтовых массивов на 24 объектах ГТС и 10 участках бортов угольных разрезов Кузбасса способствовало безаварийной эксплуатации инженерных сооружений в течение 4-6 лет, предотвращению оползневых явлений в естественных четвертичных отложениях и намывных массивах, обеспечению безопасных условий ведения горных работ

Экономический эффект, обусловленный частичной заменой геологического мониторинга на бесскважинный электрофизический, составил 3874,4 тыс руб

Основное содержание диссертации опубликовано

в изданиях, рекомендованных ВАК России

1 Бахаева, С П Аналитический способ расчета устойчивости бортов карьеров при наличии неблагоприятно ориентированных поверхностей ослабления / С П Бахаева, А А Фадеев//Маркшейдерский вестник - 1997 -№ 1 -С 21-27

2 Бахаева, С П Расчет устойчивости бортов по номограммным кривым / С П Бахаева, Т В Ермакова // Маркшейдерский вестник - 1998 - № 2 -С 36-37

3 Состояние гидротехнических сооружений в Кузбассе /СП Бахаева, С И Протасов, С Н Подображин, В В Билибин // Безопасность труда в промышленности -2001 — № 2 - С 27-29

4 О конструкции наблюдательной станции при синклинальном залегании пород /СП Бахаева, С И Протасов, Т В Михайлова, Р П Бакушкин // Маркшейдерский вестник -2001 -№4 -С 60-63

5 Бахаева, С П Обеспечение безопасности Восточного борта ОАО " Разрез Кедровский" на основе геомеханического мониторинга /СП Бахаева, А И Федосеев, Е А Серегин // Безопасность труда в промышленности - 2002 - № 6 -С 29-31

6 О конструкции наблюдательной станции при синклинальном залегании пород /СП Бахаева, С И Протасов, Т В Михайлова, Р П Бакушкин // ГИАБ -2002 -№10 -С 44-46

7 Бахаева, С П Определение оптимальных параметров бортов на основе районирования условий залегания угольных пластов /СП Бахаева, Т В Михайлова // Маркшейдерский вестник - 2002 - № 3 - С 47-49

8 Исследование устойчивости насыпных гидротехнических сооружений горнодобывающих предприятий /СП Бахаева, С И Протасов, С М Простов, Е В Костюков, Е А Серегин//ВестникКузГТУ -2002 -№5 -С 95-96

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

10 Опыт отработки намывных четвертичных пород с площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО " Разрез Кедровский" / А И Федосеев, В Р Вегнер, С И Протасов, С П Бахаева // Безопасность труда в промышленности - 2003 -№ 6 - С 10-12

11 Бахаева, С П Анализ причин оползня насыпного массива и оценка обеспечения его устойчивости /СП Бахаева, Т В Михайлова // Маркшейдерский вестник - 2004 - № 1 - С 40-43

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

13 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 14-18

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

15 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

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

17 Опыт отработки намывных четвертичных пород с площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО " Разрез Кедровский" / А И Федосеев, В Р Вегнер, С И Протасов, С П Бахаева // ГИАБ - 2004 - № 3 - С 268-273

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

19 Совершенствование методов прогноза устойчивости техногенных массивов ГТС на основе геоэлектрического контроля их состояния /ЕВ Костюков, С М Простов, С П Бахаева, С И Протасов//ГИАБ -2004 - № 6 - С 111-116

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

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

22 Бахаева, С П Мониторинг безопасности ГТС, расположенных на подработанной подземными выработками территории/ С П Бахаева, С И Протасов, В А Рожнов//Безопасность труда в промышленности -2004 -№9 -С 24-27

23 Геомеханические проблемы открытых горных работ в Кузбассе/ С П Бахаева, М А Кузнецов, Е В Костюков и др // Вестник КузГТУ - 2005 -№42 -С 10-13

24 Исследование гидрогеомеханических процессов техногенных массивов / С П Бахаева, С И Протасов, Е В Костюков, А И Федосеев, С В Практика // Вестник КузГТУ - 2005 - № 3. - С 41-43.

25 Бахаева, С П Определение объектов мониторинга безопасности ГТС накопителей жидких промышленных отходов /СП Бахаева, Т В Михайлова // Безопасность труда в промышленности -2005 — № 10 - С 24-28

26 Кузнецов, М А Прогноз безопасных параметров бортов разреза в изменяющихся горнотехнических условиях / М А Кузнецов, С М Простов, С П Бахаева // Вестник КузГТУ -2005 -№5 - С 41-44

27 Бахаева, С П Обеспечение безопасной эксплуатации гидротехнических сооружении на подработанной территории на основе прогноза ожидаемых сдвижений и деформаций / СП. Бахаева, С В Манакова // Маркшейдерский вестник -2006 -№4 -С 34-37

28 Определение критериев безопасности накопителей жидких промышленных отходов, расположенных на подработанной территории С П Бахаева, В А Рожнов, М А Кузнецов, Е В Кудрявцев /' Безопасность труда в промышленности -2006 -№ 5 - С 21-25

29 Прогноз безопасного состояния намывного массива участка открытых горных работ на основе гидрогеологического мониторинга /СМ Простов, Е В Костюков, С П Бахаева, М А Кузнецов, Р Ю Сорокин, А В Щупаковский//Вестник КузГТУ -2006 - № 5 -С 12-16

30 Простов, С М Взаимосвязи электрофизических свойств глинистых горных пород с их пористостью и влагонасыщенностыо /СМ Простов В А Хямяляйнен, С П Бахаева // Физ -техн пробл разраб полезн иск - 2006 -№4 -С 47-58

31 Костюков, Е В Экспериментально-аналитическое исследование геомеханического состояния техногенного массива гидроотвала /ЕВ Костюков, С М Простов, С П Бахаева//Вестник КузГТУ -2006 - №6 2 -С 24-28

32 Изучение деформаций намывного массива в прибортовой зоне карьера / М А Кузнецов, С М Простов, С П Бахаева, Е А Серегин // Безопасность труда в промышленности - 2007 - № 5 - С 57-59

33 Кузнецов, М А Особенности физико-механических свойств массива намывных горных пород борта карьера / М А Кузнецов, С М Простов, С П Бахаева // Безопасность труда в промышленности - 2007 - № 10 -С 63-67

34 Простов, С М Диагностирование параметров влагонасыщенных зон методами электроразведки /СМ Простов, В А Хямяляйнен, С П Бахаева // Горный журнал - 2007 - № 4 - С 30-32

в прочих изданиях

35 Простов, С М Геоэлектрический контроль зон укрепления глинистых горных пород /СМ Простов, В А Хямяляйнен, М В Гуцал, С П Бахаева , РАЕН - Томск Изд-воТом ун-та, 2005 - 127с

36 Простов, С М Прогноз устойчивости грунтовых дамб /СМ Простов, Е В Костюков, С П Бахаева , РАЕН - Кемерово , М Издательское объединение "Российские университеты" Кузбассвузиздат- АСТШ, 2006 - 172 с

37 Бахаева, С П Анализ маркшейдерских наблюдений за устойчивостью бортов разреза им 50-летия Октября /СП Бахаева, Р П Бакушкин // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых сб науч тр № 9 / Ассоциация " Кузбассуглетехнология" - Кемерово, 1995 - С 78-83

' 8 Бахаева, С П Оценка устойчивости карьерных уступов численно-аналитическим методом /СП Бахаева, А В Гаденов // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых сб науч тр № 10 / Ассоциация "Кузбассуглетехнология" - Кемерово, 1996 -С 94-99

39 Простов, С М Мониторинг состояния дамб из грунтовых материалов гидротехнических сооружений горных предприятий /СМ Простов, Е В Костюков, С П Бахаева // Вестник ТЭК -2005 -№3(20) - С 30-33

40 Костюков, Е В Прогноз геомеханических процессов в намывном массиве при ведении гидровскрышных работ /ЕВ Костюков, С М Простов, С П Бахаева//ВестникКузГТУ -2007 -№ 1 -С 3-6

41 Патент № 2237165 С1 (ЬШ), МПК 7 Е 21 С 41/26 Способ повышения устойчивости уступов бортов карьеров /СМ 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 - 9 с

42 Патент № 2239064 С1 (ЯЦ), МПК 7 Е 21 С 41/26, 39/00 Способ оценки устойчивости борта карьера /СМ Простов, С П Бахаева, Е А Серегин, Е В Костюков, В В Демьянов, В В Ермошкин - №2003105075/03, Опубл 27 10 04, Бюл №30 - 8 с

Подписано в печать съ Формат 60x84/16 Бумага офсетная Отпечатано на ризографе

Печ л 2,0 Тираж 100 экз Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул Весенняя, 28 Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул Д Бедного, 4а

Содержание диссертации, доктора технических наук, Бахаева, Светлана Петровна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ И ОТКОСОВ ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ.

1.1. Устойчивость бортов глинистых пород и грунтовых откосных сооружений.

1.2. Методы контроля физических параметров и гидрогеомеханических процессов в грунтовых массивах.

1.2.1. Прямые методы контроля.

1.2.2. Косвенные (геофизические) методы контроля.

1.2.3. Геоэлектрические методы контроля.

1.3. Методы прогноза устойчивости бортов глинистых пород и грунтовых откосных сооружений.

1.4. Выводы, цель и задачи исследований.

2. ВЫЯВЛЕНИЕ ПРИЧИН ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ЗОН В ТЕХНОГЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВЫХ МАССИВАХ.

2.1. Факторы, определяющие состояние грунтового массива.

2.2. Нарушение устойчивости откосных грунтовых сооружений.

2.3. Анализ состояния техногенных грунтовых массивов гидротехнических сооружений.

2.4. Классификация опасных зон в бортах глинистых пород и откосах грунтовых сооружений.

Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАССИВАХ.

3.1. Разработка методики инженерно-геологического контроля.

3.2. Обоснование методики маркшейдерско-геодезического контроля.

3.3. Обоснование и разработка электрофизического метода оперативного прогноза скрытых стадий развития оползня.

3.3.1. Взаимосвязи электрофизических свойств глинистых пород с их пористостью и влагонасыщенностью.

3.3.2. Диагностирование геометрических параметров влагонасыщенных зон методами электроразведки.

3.3.3. Методика контроля геологической структуры и параметров влагонасыщенных зон.

Выводы.

4. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ, СВОЙСТВ ПОРОД И ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГРУНТОВЫХ ДАМБАХ.

4.1. Мониторинг грунтовых дамб равнинного типа.

4.2. Мониторинг грунтовых дамб овражного типа.

4.3. Мониторинг грунтовых дамб на намывном основании.

Выводы.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ БОРТОВ УГОЛЬНЫХ

РАЗРЕЗОВ.

5.1. Изучение зональности физических свойств дисперсных грунтовых массивов бортов разрезов и взаимосвязей между ними.

5.2. Диагностирование фильтрационных коллекторов на участках бортов, прилегающих к водным объектам.

5.3. Мониторинг деформационных процессов в намывных массивах.

5.4. Исследование гидрогеомеханических процессов в техногенных массивах.

5.5. Моделирование напряженно-деформированного состояния намывных массивов на основе результатов мониторинга.

Выводы.

6. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ И МЕТОДИК ПРОГНОЗА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСНЫХ ГРУНТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ И БОРТОВ РАЗРЕЗОВ, СЛОЖЕННЫХ ГЛИНИСТЫМИ ГРУНТАМИ.

6.1. Совершенствование методик расчета коэффициента запаса устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов.

6.2. Разработка способов прогноза устойчивости откосных грунтовых сооружений и бортов карьеров на основе геофизического мониторинга.

6.3. Разработка алгоритмов программ для расчета устойчивости откосов и оценки ущерба от аварий гидротехнических сооружений.

6.4. Прогноз безопасности ГТС, расположенных на подработанной территории.

Выводы.

7. ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ СПОСОБОВ И МЕТОДИК

НА УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ СИБИРСКОГО РЕГИОНА

7.1. Внедрение разработок при мониторинге состояния, свойств и прогнозе устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов.

7.2. Технико-экономическая оценка внедрения разработок.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка состояния и прогноз устойчивости техногенных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга"

Актуальность работы

При ведении открытых горных работ в массивах песчано-глинистых пород четвертичных отложений имеют место оползни объемом до 700 тыс. м , приводящие к нарушению технологического режима, выводу из строя оборудования и технологических коммуникаций. Эксплуатация гидротехнических сооружений (ГТС) накопителей жидких промышленных отходов (гидроотвалы, хвостохранилища, отстойники) осложняется технологическими авариями, вызванными неправильными проектными решениями, некачественным строительством и нарушениями нормативных режимов эксплуатации грунтовых дамб. Основными физическими причинами нарушения устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов являются: естественная пространственная неоднородность механических свойств породного массива, обусловленная его геологической структурой; изменение во времени прочностных свойств пород вследствие влагонасыщения под воздействием гидрогеологических и климатических факторов; дезинтеграция массива при подработке.

Прогноз безопасного состояния техногенных дисперсных грунтовых массивов основан на применении прямых (инженерно-геологического, гидрогеологического, маркшейдерско-геодезического, тензометрического) и геофизических (звукометрического, термического, геомагнитного, электрометрического, электромагнитного) методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов. При этом прямые методы, обеспечивающие основной объем информации о строении, состоянии и свойствах грунтов, трудоемки, недостаточно детальны и оперативны. Поэтому автором предложено их применение сопровождать непрерывным геофизическим мониторингом процессов формирования зон влагонасыщения и разуплотнения. Расчет коэффициента запаса устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов основан на предельном равновесии сдвигающих и удерживающих сил в пределах призмы возможного обрушения с учетом сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.

До настоящего времени не выявлены опасные зоны в техногенных дисперсных грунтовых массивах, подлежащие мониторингу; не обоснованы схемы и режимы комплексного мониторинга процессов в техногенных массивах; не установлены закономерности изменения состояния, свойств и физических процессов в техногенных дисперсных грунтовых массивах (дамб, бортов) угольных разрезов; не разработаны способы и методики прогноза устойчивости объектов на основе данных мониторинга.

Изложенное позволяет считать актуальной разработку способов прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов на основе результатов геологического, маркшейдерского, геофизического методов контроля геомеханических и гидродинамических процессов. Использование в практике промышленных предприятий результатов работы позволит снизить затраты на исследование состояния техногенных массивов, повысить точность прогноза их устойчивости.

Исследования выполнялись в рамках реализации Федеральных законов "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" (№ 116-ФЗ от 21.07.97) и "О безопасности гидротехнических сооружений" (№ 117-ФЗ от 21.07.97) по плану работ Новационной фирмы "КУЗБАСС-НИИОГР", являющейся аналитическим центром по мониторингу безопасности ГТС предприятий угольной промышленности России, в которых автор диссертации, аттестованный эксперт высшей квалификации в области промышленной безопасности, являлся руководителем.

Исследования по электрофизическому мониторингу поддержаны грантом РФФИ по проекту № 05-05-64100.

Цель работы - оценка состояния и прогноз устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов-угольных разрезов на основе комплексного мониторинга, обеспечивающие повышение технической и экологической безопасности горных работ, увеличение сроков безаварийной эксплуатации грунтовых дамб.

Основная идея работы заключается в использовании закономерностей деформационных, гидродинамических процессов и взаимосвязанных с ними изменений физических полей для прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов.

Задачи исследований:

- выявление причин формирования опасных зон в техногенных дисперсных грунтовых массивах;

- обоснование и разработка методики комплексного мониторинга гидродинамических и геомеханических процессов в техногенных грунтовых дисперсных массивах;

- изучение закономерностей изменения состояния, свойств пород и физических процессов в грунтовых дамбах;

- исследование закономерностей изменения состояния техногенных дисперсных грунтовых массивов бортов угольных разрезов;

- совершенствование способов и методик прогноза устойчивости откосов грунтовых дамб и бортов угольных разрезов, сложенных глинистыми грунтами.

Методы и объекты исследований

Выполнен комплекс исследований, включающий: анализ и обобщение научно-технической информации в областях прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосных грунтовых сооружений, методов контроля состояния и свойств массива горных пород; мониторинг геомеханических и гидродинамических процессов в техногенном грунтовом массиве визуальным, геологическим, маркшейдерским, гидрогеомеханическим и геофизическим методами; обработку результатов мониторинга методами математической статистики и корреляционного анализа; компьютерное моделирование с использованием методов геометризации и конечных элементов; реализацию многоэтапных и циклических расчетов с использованием компьютерных программ.

Объекты исследований — техногенные дисперсные грунтовые массивы насыпных, намывных дамб и бортов угольных разрезов, находящихся в зонах гидродинамического влияния ГТС.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- основным фактором, определяющим опасность оползнеобразования прибортовых массивов, является дополнительное влагонасыщение дисперсных грунтов вследствие формирования фильтрационных коллекторов в зоне гидродинамического влияния ГТС;

- снижение трудоемкости оценки расположения протяженных влагона-сыщенных зон обеспечивается продольным электропрофилированием с базой установки, в 3,2-6,9 раза превышающей глубину опорной отметки, определяемой инженерно-геологическими изысканиями с бурением скважин или гидрогеологическими измерениями, использованием палеток для двухслойной среды, учетом экранирующего влияния откоса и степени заполнения ГТС;

- влагонасыщенные зоны в теле грунтовых дамб накопителей формируются по контакту с естественным основанием, ширина этих зон составляет до 20 м для дамб овражного типа и до 100м- равнинного, форма депрессионной поверхности повторяет скорректированный график поперечного электропрофилирования, а зоны скрытой фильтрации от ГТС в прибортовых массивах залегают на глубине 6-18 м и имеют ширину до 120 м;

- физическое состояние влагонасыщенного грунтового массива характеризуется показателем текучести линейно связанным с плотностью, углом внутреннего трения и сцеплением грунтов; в намывных массивах при > 0,75 происходит поступательное горизонтальное движение слоя мягкопластичных суглинков на глубине 5-18 м по естественному склону в сторону обнажения и вращательное опрокидывание верхнего менее пластичного слоя в обратном направлении при средних скоростях горизонтальных смещений, составляющих 55-90 % от скоростей оседаний;

- избыточное поровое давление, формируемое в намывных грунтах мягко- и текучепластичной консистенции, возрастает с глубиной пропорционально величине внешней нагрузки, использование данных гидрогеологического мониторинга в качестве корректирующих параметров обеспечивает прогноз расположения потенциальной поверхности скольжения и размеров зон, опасных по обрушению;

- повышение точности экспериментально-аналитического прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб обеспечивается по критическим значениям площади зоны водонасыщения, выявлением изменяющейся глубины залегания вероятной поверхности скольжения и фактической формы депрессионной поверхности путем электрофизического мониторинга, сопоставлением текущих значений порового давления при гидрогеомеханическом мониторинге с критическими, рассчитанными в точках установки датчиков при наиболее неблагоприятном сочетании сил, действующих на откос.

Научная новизна работы заключается:

- в установлении влияния дополнительного влагонасыщения приборто-вых массивов от прилегающих ГТС на формирование оползнеопасных зон;

- в экспериментально-теоретическом обосновании методики диагностирования глубины расположения влагонасыщенных зон в дисперсных грунтовых массивах при бесскважинном электрофизическом мониторинге;

- в выявлении закономерностей формирования влагонасыщенных зон в теле дамб и прилегающих к ним прибортовых массивах;

- в определении критериев районирования намывных массивов по физико-механическим свойствам грунтов и установлении особенностей их деформирования;

- в разработке методики моделирования напряженно-деформированного состояния намывного массива на основе корректирования расчета по данным гидрогеологического мониторинга;

- в обосновании и совершенствовании способов прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб на основе результатов геофизического мониторинга.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- использованием стандартных методик инженерно-геологических изысканий, маркшейдерско-геодезических, гидрогеомеханических, электрофизических измерений и аппаратуры, прошедшей метрологическую проверку;

- применением апробированных методов математической статистики и корреляционного анализа при обработке экспериментальных данных, методов геометризации и конечных элементов при компьютерном моделировании;

- положительными результатами внедрения методов комплексного мониторинга на 34 объектах (ГТС и участках бортов) угольных разрезов Кузбасса в течение 8 лет.

Личный вклад автора заключается:

- в анализе причин технологических аварий бортов угольных разрезов и дамб накопителей;

- в разработке методик и реализации маркшейдерско-геодезического метода контроля в условиях синклинального залегания пород, непрерывного гид-рогеомеханического мониторинга, диагностики пространственно-временных изменений физических свойств обводненных техногенных массивов по данным электрофизического мониторинга;

- в проведении экспериментальных исследований по комплексному мониторингу состояния, свойств и физических процессов в техногенных грунтовых массивах дамб и бортов угольных разрезов в производственных условиях, обработке и анализе их результатов;

- в разработке технических решений, алгоритмов расчета и методик прогноза устойчивости сооружений и бортов угольных разрезов, ожидаемого ущерба от вероятных аварий;

- в организации внедрения разработок на объектах угольной промышленности Кузбасса.

Научное значение работы состоит в выявлении объектов, обосновании схем, режимов комплексного мониторинга, установлении закономерностей геомеханических и гидродинамических процессов в техногенных дисперсных грунтовых массивах угольных разрезов и разработке на этой основе способов прогноза их устойчивости.

Отличие от ранее выполненных работ заключается в исследовании пространственно-временных изменений физических свойств, состояния и устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов Кузбасса, подверженных влагонасыщению и гидродинамическому влиянию ГТС.

Практическая ценность работы состоит:

- в разработке методик комплексного мониторинга состояния, свойств техногенных дисперсных грунтовых массивов бортов угольных разрезов при ведении горных работ;

- в разработке методик и компьютерных программ прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и дамб накопителей жидких промышленных отходов.

Реализация работы

Разработанные методики мониторинга и прогноза устойчивости техногенных грунтовых массивов, рекомендации по безопасному ведению горных работ использованы при разработке нормативных и отраслевых документов:

- Правила безопасности при разработке угольных месторождений открытым способом : ПБ 05-619-03 (утверждены Госгортехнадзором России, постановление от 30.05.2003 № 45, зарегистрированы Минюстом РФ, постановление от 16.06.2003 №4694);

- Правила безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов : ПБ 03-438-02 (утверждены Госгортехнадзором России, постановление от 28.01.2002 № 6, зарегистрированы Минюстом РФ, от 16.04.2002 № 3372);

- Методика определения размера вреда, причиненного в результате аварии ГТС на поднадзорных Гостехнадзору России предприятиях (утверждена совместным приказом Гостехнадзора России и МЧС России, от 15.08.2003 №482/175а, согласована с Минэкономразвития России, от 14.03.2003 № МУ-23423);

- Временное положение о порядке и контроле ведения горных работ в опасных зонах на разрезах Кузбасса / НФ "КУЗБАСС-НИИОГР" ; КузГТУ. -Кемерово, 1999. - 28 с. (согласовано с Кузнецким управлением Госгортехнад-зора России, ОАО "ХК "Кузбассразрезуголь" и ОАО "Южный Кузбасс");

- Методические указания по контролю геомеханических и фильтрационных процессов в техногенных породогрунтовых массивах гидротехнических сооружений горных предприятий комплексным геоэлектрическим методом / ГУ КузГТУ ; НФ "КУЗБАСС-НИИОГР". - Кемерово, 2003. - 42 с. (согласованы с ОАО "ХК "Кузбассразрезуголь").

Рекомендации по безопасному ведению горных работ, разработанные по результатам комплексного мониторинга и прогноза устойчивого состояния техногенных грунтовых массивов, использованы филиалами ОАО "Кузбасская топливная компания" ("Разрез Караканский-Южный", "Разрез Виноградовский"), филиалами ОАО "УК "Кузбассразрезуголь" ("Сартакинский угольный разрез", "Моховский угольный разрез", "Бачатский угольный разрез", "Краснобродский угольный разрез", "Ерунаковский угольный разрез", "Талдинский угольный разрез", "Кедровский угольный разрез", "Караканский угольный разрез"), ОАО "Шахта Заречная".

Учебное пособие "Расчет устойчивости бортов карьеров на ПЭВМ. — Кемерово, 1998. - 115 с." (соавторы А. А. Фадеев, А. В. Гаденов, Т. В. Михайлова) использовано в учебном процессе для студентов специальностей горного профиля ГУ КузГТУ.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на научно-практическом семинаре "Гидрогеологические и инженерно-геологические проблемы при разработке угольных месторождений" (Санкт-Петербург, 1998 г.), Международной научно-практической конференции "Перспективы использования геоинформационных технологий для безопасной отработки месторождений полезных ископаемых" (Санкт-Петербург, 2000 г.), практическом семинаре "Организация и осуществление мониторинга безопасности гидротехнических сооружений на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях и объектах" (Москва, 2000 г.), Международной конференции "Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы" (Магнитогорск, Челябинская обл., 2001 г.), II Всероссийской конференции "Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций" (Красноярск, 2001 г.), семинарах Госгортехнадзора России "Организация надзорной деятельности за безопасной эксплуатацией ГТС накопителей жидких промышленных отходов" (Москва, 1998 г.), "Организация надзорной деятельности за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов" (Москва, 2002 г.), "Совершенствование надзора за безопасной эксплуатацией гидротехнических сооружений накопителей жидких отходов промышленности" (Москва, 2003 г.), Ростехнадзора "Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений предприятий промышленности и энергетики" (Москва, 2005 г.), "Совершенствование государственного надзора и контроля в сфере безопасности гидротехнических сооружений на объектах промышленности и энергетики" (Кемерово, 2006 г.), ИПКОН РАН и Ростехнадзора "О повышении полноты и комплексности использования запасов полезных ископаемых при их добыче и переработке" (Анапа, 2005, 2006, 2007 гг.), II, IV,

V, VI Международных научно-практических конференциях "Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах" (Кемерово, 1998, 2000, 2002, 2005 гг.), "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 2001 г.), "Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности" (Кемерово, 2002, 2003, 2005 гг.).

Экспонаты по мониторингу безопасности ГТС, оценке устойчивости бортов угольных разрезов и безопасности ГТС, подготовленные с участием автора, отмечены дипломами II и III степени Международной выставки-ярмарки "ЭКС-ПО-УГОЛЬ-2003", а комплексы работ по критериям безопасности ГТС предприятий угольной промышленности, обеспечению устойчивости бортов и отвалов разрезов Кузбасса, безопасных условий эксплуатации ГТС на подрабатываемой территории награждены дипломами I степени и золотыми медалями этой выставки в 2004-2007 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научные работы, в том числе 2 монографии, 35 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, получено 2 патента на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, изложена на 320 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 29 таблиц, список литературных источников из 205 наименований, 4 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Бахаева, Светлана Петровна

Выводы

1. Разработанные научно-технические решения по комплексному мониторингу техногенных грунтовых массивов внедрены на 24 объектах ГТС жидких промышленных отходов на угольных и горнорудных предприятиях Кузбасса, в результате чего обеспечены безаварийная эксплуатация сооружений в течение 4-6 лет, а также условия для выемки запасов угля открытым и подземным способом.

Внедрение разработок на 10 участках грунтовых массивов бортов угольных разрезов Кузбасса обеспечило за счет своевременного принятия технологических решений предотвращение оползневых явлений в естественных четвертичных отложениях и намывных массивах, а также безопасные условия отработки запасов угля суммарным объемом 1380 тыс. т.

2. Экономический эффект от внедрения разработок обеспечивается частичной заменой геологического мониторинга с бурением разведочных скважин на бесскважинный электрофизический.

Расчетная экономия от применения комплексного мониторинга техногенных массивов ГТС составила за период 2001—2007 гг. 2251,2 тыс. руб., а на бортах угольных разрезов за период 1999-2007 гг. - 1623,2 тыс. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований решена крупная научная проблема оценки состояния и прогноза устойчивости техногенных дисперсных грунтовых массивов угольных разрезов на основе комплексного мониторинга, в результате чего обеспечивается повышение безопасности горных работ и увеличение сроков безаварийной эксплуатации гидротехнических сооружений, что имеет важное хозяйственное значение для горнодобывающей отрасли.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Ведение открытых горных работ в песчано-глинистых отложениях и эксплуатация грунтовых дамб накопителей жидких промышленных отходов осложняются нарушениями их устойчивости, основными причинами которых являются: естественная пространственная неоднородность механических свойств породного массива, снижение прочности грунтового массива вследствие влагонасыщения под действием природных и технологических факторов, дезинтеграция массива при подработке. Для обеспечения безопасного состояния техногенных грунтовых массивов бортов угольных разрезов необходимо наряду с методами визуального обследования и геологических изысканий проводить непрерывный гидрогеологический, маркшейдерско-геодезический и геофизический мониторинг протекающих в массиве геомеханических и гидродинамических процессов.

2. Оползнеопасные зоны бортов карьеров характеризуются сочетанием подрезки контактов слоев четвертичных отложений, ориентированных в сторону выработанного пространства и повышенной водообильности. Действие технологических факторов при формировании опасных зон существенно при устройстве отвалов на слабых, наклонных, слоистых основаниях, в пределах призмы возможного обрушения, а также при ведении работ в зонах влияния подземных выработок. При соблюдении проектных параметров бортов и уступов нарушение устойчивости грунтовых массивов обусловлено снижением их прочностных свойств вследствие локального влагонасыщения атмосферными осадками, а также фильтрацией жидкости из прилегающих ГТС. Гидродинамически связанные с ГТС дисперсные горные породы образуют техногенные при-бортовые массивы естественного сложения, физические процессы в которых в значительной мере определяют изменение устойчивости, что требует проведения их непрерывного мониторинга.

3. Комплексный мониторинг гидродинамических и геомеханических процессов в опасных зонах техногенных грунтовых массивов включает инженерно-геологический, маркшейдерско-геодезический, гидрогеомеханический, электрофизический контроль, прогноз на их основе безопасного состояния объектов и ущерба от вероятных аварий.

Инженерно-геологический мониторинг включает: уточнение условий залегания, литологического строения массива и изучение его физико-механических свойств путем изысканий; районирование исследуемого участка по выявленным интервалам изменения свойств пород; прогнозирование по фактическим данным оптимальных параметров бортов и уступов.

Профильные линии наблюдательных станций маркшейдерско-геодезиче-ского контроля в условиях синклинального залегания пород устанавливают с учетом расположения борта карьера, оси складки, минимальных и максимальных отметок по ее оси, размеров зоны деформирования.

Гидрогеомеханический мониторинг включает прогноз изменения эффективных напряжений в скелете грунта, гидростатического и избыточного поро-вого давления по результатам пьезометрических измерений в глубине влагона-сыщенного или намывного техногенного массива.

Электрофизический мониторинг заключается в диагностике пространственно-временных изменений физических свойств обводненных техногенных массивов по вариациям эффективного удельного электросопротивления с применением схем зондирования и профилирования и учетом геометрических параметров откосов и степени заполнения ГТС жидкими продуктами. При этом снижение объемов буровых работ при оценке расположения протяженных вла-гонасыщенных зон обеспечивается использованием схем продольного и поперечного электропрофилирования с базой установки, в 3,2-6,9 раза превышающей глубину расположения опорных отметок, определяемых инженерно-геологическими изысканиями с бурением скважин или гидрогеологическими измерениями. Для расчета глубины расположения верхней границы обводненной зоны применяют палетки двухслойных геоэлектрических разрезов.

4. Влагонасыщенные зоны в теле грунтовых дамб формируются на участках с повышенной проницаемостью по контакту насыпного массива с естественным основанием, при этом ширина этих зон изменяется в диапазоне от 20 м в районе тальвегов логов для дамб овражного типа до 100 м для дамб равнинного типа, а форма депрессионной поверхности в сечении повторяет скорректированный график поперечного электропрофилирования. В дамбах на слабом водонасыщенном основании фильтрационные коллекторы формируются по контакту с намывным слоем.

Зоны гидродинамического влияния действующих и погашенных гидроотвалов формируются в проницаемых песчано-глинистых грунтах, при этом зоны скрытой фильтрации в прибортовых массивах угольных разрезов залегают на глубине 6-18 м и имеют ширину до 120 м.

5. Фактические значения углов наклона бортов карьеров существенно отличаются от расчетных вследствие недостаточного учета локальных изменений геологических условий грунтовых массивов. Наиболее информативным параметром физического состояния влагонасыщенных и намывных зон грунтового массива является показатель текучести линейно связанный с плотностью, углом внутреннего трения и сцеплением грунтов. При районировании техногенного массива целесообразно выделять зоны > 0,75 (текучая и текучепла-стичная консистенция) и < 0,75 (мягко- и твердопластичная).

Измерение полных векторов смещений грунтовых массивов обеспечивает прогноз формы поверхности скольжения изотропного массива борта разреза, места формирования вертикальной трещины отрыва, размеров зон и степени влияния сухих и гидроотвалов. В намывных массивах происходит поступательное горизонтальное движение слоя мягкопластичных суглинков на глубине 5-18 м в сторону обнажения борта вдоль тальвега естественного лога и вращательное опрокидывание верхнего менее пластичного слоя в обратном направлении при средних скоростях горизонтальных смещений, составляющих 55-90 % от скоростей оседаний.

Избыточное поровое давление формируется в намывных грунтах мягко-и текучепластичной консистенции, его возрастание с глубиной пропорционально величине внешней нагрузки. Использование метода конечных элементов, ввод в компьютерную модель данных геологического мониторинга и корректирование расчетов по экспериментальным значениям порового давления обеспечивают прогноз расположения потенциальной поверхности скольжения и размеров зон, опасных по обрушению, при разработке намывных грунтов с погрешностью не более 5 %.

6. Переход к аналитическому методу расчета коэффициента запаса устойчивости бортов основан на формализации сети полигонометрических ходов путем задания координат узловых точек и создании цифровой модели борта.

Повышение точности экспериментально-аналитического прогноза устойчивости бортов угольных разрезов и откосов дамб обеспечивается:

- оценкой вероятности перехода от скрытой стадии оползня в открытую по критическим значениям площади зоны водонасыщения, выявлением наименее устойчивых участков с учетом установленной изменяющейся глубины залегания вероятной поверхности скольжения и фактической формы депрессионной поверхности путем электрофизического мониторинга;

- сопоставлением текущих значений порового давления при гидрогеомеханическом мониторинге в намывных массивах с критическими, рассчитанными в точках установки датчиков при наиболее неблагоприятном сочетании сил гравитации, сцепления, гидростатического взвешивания и избыточного по-рового давления.

Прогноз безопасного состояния ГТС, расположенных на подработанной территории, основан на расчете наклонов и горизонтальных деформаций в главных сечениях мульды и точках расчетной сетки по данным инженерно-геологических изысканий и маркшейдерского мониторинга, построении объемной цифровой модели деформации земной поверхности под отстойником и сопоставлении расчетных значений с допустимыми.

Повышение точности прогноза ущерба от нарушений устойчивости дамб обеспечивается определением потенциально опасных сечений по данным электрофизического мониторинга, поэтапным расчетом параметров размыва прорана, определением параметров потока и оценкой эколого-экономического вреда от последствий затопления. Оценка риска прорыва воды в выработки включает идентификацию опасности и определение сценария развития аварии по данным комплексного мониторинга, прогноз вероятности прорыва методом экспертной оценки и расчет ожидаемого ущерба.

7. Внедрение разработанных научно-технических решений по комплексному мониторингу техногенных грунтовых массивов на 24 объектах ГТС и 10 участках бортов угольных разрезов Кузбасса способствовало безаварийной эксплуатации инженерных сооружений в течение 4-6 лет, предотвращению оползневых явлений в естественных четвертичных отложениях и намывных массивах, обеспечению безопасных условий ведения горных работ.

Экономический эффект, обусловленный частичной заменой геологического мониторинга на бесскважинный электрофизический, составил 3874,4 тыс. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Бахаева, Светлана Петровна, Кемерово

1. Физико-механические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна : справочник // Г. Г. Штумпф, Ю. А. Рыжков, В. А. Шаламанов и др.. -М. : Недра, 1994.-447 с.

2. 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.

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

4. Бахаева, С. П. Анализ причин оползня насыпного массива и оценка обеспечения его устойчивости / С. П. Бахаева, Т. В. Михайлова // Маркшейдерский вестник. 2004. - № 1. - С. 40-43.

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

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

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

8. Гальперин, А. М. Техногенные массивы и охрана окружающей среды / А. М. Гальперин, В. В. Ферстер, X. Ю. Шеф. -М. : МГГУ, 2001. 535 с.

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

10. Мосейкин, В. В. Формирование карстового рельефа на гидроотвале "Балка Чуфичева" / В. В. Мосейкин, В. С. Зайцев, А. Ф. Лисеев // ГИАБ. 2004. -№5.-С. 130-132.

11. Обоснование критериев безопасности при строительстве, эксплуатации и консервации гидротехнических сооружений горнодобывающей отрасли. СПб. : ВНИМИ, 1999. - 117 с.

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

13. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году". М. : Государственный центр экологических программ, 2001. - 128 с.

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

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

16. Jami М. Girard, Ed McHugh. Detecting problems with mine slope stability. -Researches of the slope stability at mining. Geotechnical mining, 2002. -P. 44-49.

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

18. 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.

19. Reducing landslide hazards in the United States. Real-time monitoring of active landslides. National landslide information center U.S. geological survey. -2004.-P. 22-33.

20. Ямщиков, В. С. Контроль процессов горного производства / В. С. Ямщиков. М. : Недра, 1989. - 446 с.

21. Ямщиков, В. С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов/ В. С. Ямщиков. М. : Недра, 1982. - 296 с.

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

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

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

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

26. А. с. 1507970 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения прочностных свойств горных пород / Ю. М. Николашин, С. 3. Полищук. -№ 4344174/24-03 ; Заявл. 17.12.87 ; Опубл. 16.11.89, Бюл. № 34. ,

27. А. с. 1040146 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения линии скольжения массива уступа карьера / 3. Г. Каюмов. № 2975579/22-03 ; Заявл. 28.08.80 ; Опубл. 07.09.83, Бюл. № 33.

28. 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.

29. Кутепов, Ю. И. Изучение инженерно-геологических условий гидроотвалов Кузбасса на различных этапах существования / Ю. И. Кутепов, Н. А. Куте-пова, А. X. Саркисян // ГИАБ. 2004. - № 5. - С. 145-149.

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

31. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Л. : ВНИМИ, 1971. - 188 с.

32. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. Л. : ВНИМИ, 1987.-118 с.

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

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

35. 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.

36. 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.

37. 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.

38. 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.

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

40. А. с. 1196506 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения опасных деформаций борта глубокого карьера / Ю. М. Николашин, А. И. Ильин,

41. И.А.Широков, Т. П. Каюнова. № 3757471/22-03 ; Заявл. 21.06.84 ; Опубл. 07.12.85, Бюл. № 45.

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

43. 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.

44. Александров, И. Н. Исследование теплового режима приуступной и приот-косной части массива бортов карьера "Удачный" / И. Н. Александров, Г. В. Шубин, Д. И. Кирюшин // ГИАБ. 2004. - № 5. - С. 99-102.

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

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

47. Пат. 2038595 РФ, МКИ G01N/33-24. Сейсмоакустический способ контроля качества укладки неоднородных грунтов в насыпь / Ю. М. Горшков,

48. B. И. Коптев, А. И. Савич и др.. № 5066919/33 ; Заявл. 29.09.92 ; Опубл. 27.06.95, Бюл. № 18.

49. А. с. 1633122 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения положения ослабленных контактов в массиве горных пород / Г. И. Колчин, А. А. Вайн-штейн, А. Г. Гликман и др.. № 4631571/22-03 ; Заявл. 21.11.88 ; Опубл. 09.04.91, Бюл. №9.

50. Тютюнник, П. М. Проектирование систем геоконтроля / П. М. Тютюнник.- М. : Изд-во МГИ, 1984. Ч. I. - 66 с.

51. 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.

52. Тютюнник, П. М. Геоакустический многопараметровый контроль ледо-грунтового ограждения при подземном городском строительстве способом замораживания / П. М. Тютюнник, В. С. Ямщиков, В. И. Ресин и др. // Шахтное строительство. 1981. - № 11. — С. 9-14.

53. 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.

54. Ямщиков, В. С. Акустическая установка "Цемент-МГИ" для контроля качества предварительного тампонажа горных пород / В. С. Ямщиков, П. М. Тютюнник, В. В. Смирнов // Шахтное строительство. 1981. - № 8.1. C. 10-13.

55. 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.

56. 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.-С. 7-10.

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

58. Ермолович, В. В. Геоакустический контроль качества тампонажа закарсто-ванных сред // Геоакустические методы контроля и исследования массива горных пород и процессов : сб. науч. тр. / ВИОГЕМ. Белгород, 1985. -296 с.

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

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

61. Момчилов, В. С. Защита шахт от подземных вод / В. С. Момчилов М. : Недра, 1989.- 189 с.

62. Хмелевский, В. К. Опережающая электрическая разведка проходки тоннелей методом ПЭЗ // Изв. вузов. Горный журнал. 1984. - № 11. — С. 7-11.

63. 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.

64. А. с. 972093 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения заполнения заполнения трещин / М. П. Зборщик, А. М. Малярчук, В. В. Назимко и др. (СССР). Заявл. 18.06.81 ; Опубл. 07.11.82, Бюл. №41.

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

66. А. с. 918918 СССР, МКИ 001 V 3/18. Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород / О. И. Чернов, Г. Ф. Бобров, Н. Г. Кю и др. (СССР).

67. Заявл. 23.12.80 ; Опубл. 07.04.82, Бюл. № 13.

68. 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.

69. 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.

70. 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.

71. Смирнов, В. А. Применение высокочастотных электромагнитных методов для изучения структуры массива горных пород вокруг горных выработок /

72. B. А. Смирнов, А. П. Скакун // Изучение свойств пород в массиве геофизическими методами : сб. науч. тр. Новосибирск, 1983. - С. 129-133.

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

74. Логинов, А. Я. Разработка и исследование радиоволнового метода оценки электрических свойств и состояния нарушенности угольного пласта : авто-реф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1977. - 23 с.

75. Простов, С. М. Электромагнитный бесконтактный геоконтроль /

76. C. М. Простов, В. В. Дырдин, В. А. Хямяляйнен. Кемерово, 2002. - 132 с.

77. А. с. 1263846 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ определения мест смещений и расслоений в массиве горных пород / И. В. Хохлов, В. И. Ловяго. -№ 3831699/22-03 ; Заявл. 25.12.84 ; Опубл. 15.10.86, Бюл. № 38.

78. A.c. 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.

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

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

81. Зыков, В. С. Предупреждение явлений горных ударов в угольных шахтах / В. С. Зыков, О. П. Егоров // Кемерово : КузГТУ, 2003. 182 с.

82. 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.-С. 93-96.

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

84. А. с. 11287078 СССР, МКИ й01У 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.

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

86. 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.

87. А. с. 1064000 СССР, МКИ Е21С 39/00. Способ оценки устойчивости массива горных пород борта карьера / Е. Г. Соболев, В. В. Бедарев, В. П. Вер-бин и др.. № 3398208/22-03 ; Заявл. 25.02.82 ; Опубл. 30.12.83, Бюл. № 48. 1

88. Федянин, А. С. Уточнение конструктивных параметров борта глубокого карьера на основе геофизических методов наблюдений / А. С. Федянин // ГИАБ. 2004. - № 9. - С. 99-103.

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

90. 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.

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

92. Простов, С. М. Геоэлектрический контроль при укреплении неустойчивых обводненных зон породных массивов / С. М. Простов, М. В. Гуцал // Вестник КузГТУ. 2002. - № 5. - С. 96-98.98.101.102.103,104.105106107108109110111112

93. Руководство по проектированию плотин из грунтовых материалов, возводимых в северной строительно-климатической зоне : П 48-76 / ВНИИГ. -Л., 1976.-64 с.

94. Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного режима грунтовых плотин : П-71-2000, ВНИИГ.

95. Павловская, Л. Н. Определение предельно-допустимых значений (ПДЗ) контролируемых параметров для плотин Братской ГЭС / Л. Н. Павловская, Т. В. Матрошилина. Отчет ОАО "ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева". Этап 2.-СПб., 2001.

96. Красножен, И. В. Оценка степени влияния мегатрещин на устойчивость уступов и бортов карьера / И. В. Красножен, В. Н. Попов // Маркшейдерский вестник. 2007. - № 3. - С. 21-22.

97. Гордеев, В. А. К расчету устойчивости обводненных откосов / В. А. Гордеев, М. X. Бобаев // Маркшейдерский вестник. — 2007. — № 3. — С. 40-41. Фисенко, Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов / Г. Л. Фисенко. -М. : Недра, 1965.-378 с.

98. Гидротехнические сооружения. М. : Стройиздат, 1978. - 424 с.

99. Демин, А. М. Закономерности проявления деформаций откосов в карьерах / А. М. Демин. М. : Недра, 1981. - 144 с.

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

101. Гальперин, А. М. Геомеханика открытых горных работ / А. М. Гальперин. М. : Изд. МГГУ, 2003. - 473 с.

102. Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке полезных ископаемых / Ю. П. Астафьев и др.. Киев, Донецк : Высш. шк., 1986.-272 с.

103. 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.

104. Состояние гидротехнических сооружений в Кузбассе / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, С. Н. Подображин, В. В. Билибин // Безопасность труда в промышленности. 2001. - № 2. - С. 27 - 29.

105. Бахаева, С. П. Определение объектов мониторинга безопасности ГТС накопителей жидких промышленных отходов / С. П. Бахаева, Т. В. Михайлова // Безопасность труда в промышленности. 2005. - № 10. - С. 24-28.

106. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. -СПб. : ВНИМИ, 1998. 114 с.

107. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых разрезов. JI. : ВНИМИ, 1972.-185 с.

108. Гордеев, В. А. Районирование карьерных полей по физико-технологическим параметрам горных пород / Свердлов, горн, ин-т им. В. В. Вахрушева. Свердловск, 1988. - 58 с.

109. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости.-Л. : ВНИМИ, 1971.-188 с.

110. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. -Л. : ВНИМИ, 1987.- 118 с.

111. О конструкции наблюдательной станции при синклинальном залегании пород / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, Т. В. Михайлова, Р. П. Бакушкин // Маркшейдерский вестник. 2001. - № 4. - С. 60-63.

112. О конструкции наблюдательной станции при синклинальном залегании пород / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, Т. В. Михайлова, Р. Бакушкин // ГИАБ. 2002. - № 10. - С. 44-46.

113. Поздняков, М. В. Об электропроводности влагонасыщенной горной породы при одноосном сжатии / М. В. Поздняков, Л. И. Позднякова // ФТПРПИ. 1988. - № 4. - С. 120-123.

114. Векслер, В. А. Статистическое прогнозирование электрических свойств горных пород / В. А. Векслер, А. Ф. Аязбаев // ФТПРПИ. 1986. - № 3. -С. 87-92.

115. Тарасов, Б. Г. Математическое моделирование удельного электрического сопротивления деформируемых горных пород / Б. Г. Тарасов, В. В. Дыр-дин, В. В. Иванов // ФТПРПИ. 1975. - № 4. - С. 25-29.

116. Хямяляйнен, В. А. Электросопротивление зацементированных трещиноватых пород / В. А. Хямяляйнен, С. М. Простов, П. С. Сыркин // ФТПРПИ. 1995. -№ 5. - С. 49-53.

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

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

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

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

121. Простов, С. М. Взаимосвязи электрофизических свойств глинистых горных пород с их пористостью и влагонасыщенностью / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, С. П. Бахаева // Физ.-техн. пробл. разраб. пол. иск. -2006.-№4.-С. 47-58.

122. Электроразведка : Справочник геофизика. М. : Недра, 1989. - Кн. 1; Кн. 2.

123. О возможности использования магнитотеллурического зондирования для исследования тектонических нарушений в массивах горных пород / Е. А. Баталева, А. К. Рыбин, Ю. В. Баталев, И. В. Сафронов // ФТПРПИ. -2005.-№3.-С. 38-45.

124. Скипченко, В. В. Методика определения напряженного состояния массива пород методом электрического зондирования // ФТПРПИ. 1987. —6. -С. 91-98.

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

126. Матвеев, Б. К. Электроразведка / Б. К. Матвеев. М. : Недра, 1990. -368 е.,

127. Жданов, М. С. Электроразведка / М. С. Жданов. М. : Недра, 1986. -316с.

128. Простов, С. М. Диагностирование параметров влагонасыщенных зон методами электроразведки / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, С. П. Бахаева // Горный журнал. 2007. - № 4. - С. 30-32.

129. Простов, С. М. Определение геометрических параметров обводненных неустойчивых зон методами электрометрии / С. М. Простов, М. В. Гуцал,

130. B. X. Шаймуратов // Изв. вузов. Горный журнал. 2000. - № 6.1. C. 12-15.

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

132. 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. 26-28.

133. Геоэлектрический контроль зон укрепления глинистых горных пород / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, М. В. Гуцал, С. П. Бахаева ; РАЕН. -Томск : Изд-во Том. ун-та, 2005. 127 с. .

134. Простов, С. М. Прогноз устойчивости грунтовых дамб / С. М. Простов, Е. В. Костюков, С. П. Бахаева ; РАЕН. Кемерово ; М. : Издат. об-ние "Российские университеты" : Кузбассвузиздат. - АСТШ, 2006. - 172 с.

135. 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.

136. 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.

137. Электроразведка труднообрушаемых кровель угольных пластов / В. В. Иванов, А. И. Шиканов, Н. Н. Волков, Е. А. Зюзин. Кемерово, 2001.- 115 с.

138. 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.

139. 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.

140. 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.

141. Исследование гидрогеомеханических процессов техногенных массивов / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, Е. В. Костюков, А. И. Федосеев, С. В. Практика // Вестник КузГТУ. 2005. - № 3. - С. 41-45.

142. Простов, С. М. Мониторинг состояния дамб из грунтовых материалов гидротехнических сооружений горных предприятий / С. М. Простов, Е. В. Костюков, С. П. Бахаева // Вестник ТЭК. 2005. - № 3. - С. 30-33.

143. Бахаева, С. П. Анализ причин оползня насыпного массива и оценка обеспечения его устойчивости / С. П. Бахаева, Т. В. Михайлова // Маркшейдерский вестник. 2004. - № 1. - С. 40-43.

144. Кузнецов, М. А. Прогноз безопасных параметров бортов разреза в изменяющихся горнотехнических условиях / М. А. Кузнецов, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. 2005. - № 5. - С. 41-44.

145. Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, подлежащих разработке открытым способом. -JI. : ВНИМИ, 1986.

146. Кузнецов, М. А. Особенности физико-механических свойств массива намывных горных пород борта карьера / М. А. Кузнецов, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Безопасность труда в промышленности. 2007. - № 10. -С. 63-67.

147. ГОСТ 25100-95 "Грунты, классификация".

148. Прогнозирование зон скрытой фильтрации в грунтовом массиве при ведении открытых горных работ / С. М. Простов, Е. В. Костюков, В. А. Хя-мяляйнен, М. А. Кузнецов // ГИАБ. 2005. - № 9. - С. 64-67.

149. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. — JI. : ВНИМИ, 1972.-164 с.

150. Косолапов, А. И. Прогнозирование коэффициента выхода блоков по данным бурения / А. И. Косолапов // Разведка и охрана недр. 1987. - № 3. -С. 29-32.

151. Бахаева, С. П. Обеспечение безопасности Восточного борта ОАО " Разрез Кедровский" на основе геомеханического мониторинга / С. П. Бахаева, А. И. Федосеев, Е. А. Серегин // Безопасность труда в промышленности. -2002.-№6.-С. 29-31.

152. Изучение деформаций намывного массива в прибортовой зоне карьера / М. А. Кузнецов, С. М. Простов, С. П. Бахаева, Е. А. Серегин // Безопасность труда в промышленности. — 2007. — № 5. — С. 57—59.

153. Гальперин, А. М. Геомеханика открытых горных работ : учеб. для вузов / А. М. Гальперин. М. : Изд-во Моск. гос. горн, ун-та, 2003. - 473 с.

154. Опыт отработки намывных четвертичных пород с площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО " Разрез Кедровский" / А. И. Федосеев, В. Р. Вегнер, С. И. Протасов, С. П. Бахаева // Безопасность труда в промышленности. -2003.-№6.-С. 10-12.

155. Опыт отработки намывных четвертичных пород с площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО " Разрез Кедровский" / А. И. Федосеев, В. Р. Вегнер, С. И. Протасов, С. П. Бахаева // ГИАБ. 2004. - № 3. - С. 268-273.

156. Zienkiewicz, О. С., Taylor, R. L., 1989. The Finite Element Method, 4th Ed., Vol. 1. McGraw-Hill.

157. Костюков, E. В. Экспериментально-аналитическое исследование геомеханического состояния техногенного массива гидроотвала / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. 2006. - № 6.2, С. 24-28.

158. Костюков, Е. В. Прогноз геомеханических процессов в намывном массиве при ведении гидровскрышных работ / Е. В. Костюков, С. М. Простов, С. П. Бахаева // Вестник КузГТУ. 2007. - № 1. - С. 3-6.

159. Разработка правил обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах : Отчет о НИР (первая редакция). СПб. : ВНИМИ, 1996. - 144 с.

160. Бахаева, С. П. Расчет устойчивости бортов по номограммным кривым / С. П. Бахаева, Т. В. Ермакова // Маркшейдерский вестник. — 1998. — № 2. -С. 36-37.

161. Бахаева, С. П. Аналитический способ расчета устойчивости бортов карьеров при наличии неблагоприятно ориентированных поверхностей ослабления / С. П. Бахаева, А. А. Фадеев // Маркшейдерский вестник. -1997.-№ 1.-С. 21-27.

162. Бахаева, С. П. Расчет устойчивости бортов карьеров на ПВМ : учеб. пособие / С. П. Бахаева, Т. В. Михайлова ; ГУ КузГТУ. Кемерово, 1998. -102 с.

163. Простов, С. М. Методы и средства геоконтроля / С. М. Простов. Кемерово, 2005.- 191 с.

164. Улитин, Р. В. Электрометрические исследования при изучении фильтрации подземных вод / Р. В. Улитин, Ш. А. Далатказин, Д. А. Цыткин //

165. Теория и практика индукционных и кондуктивных методов электроразведки : сб. науч. тр. Свердловск : Ур О АН СССР, 1990. - С. 35-42.

166. Оценка состояния земляных дамб шламохранилищ по результатам геофизических исследований / Н. Н. Прохоров, В. Б. Вагин, В. А. Чуров, И. С. Невельсон // Горн. журн. 2003. - № 7. - С. 86-88.

167. Пат. № 2237165 С1 (БШ), 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 ; За-явл. 20.02.03 ; Опубл. 27.09.04, Бюл. № 27. - 9 с.

168. Пат. № 2239064 С1 (ГШ), МПК 7 Е 21 С 41/26, 39/00. 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 ; Опубл. 27.10.04, Бюл. № 30. - 8 с.

169. Рекомендации по методике гидрогеологических исследований при заполнении крупных водохранилищ в районах карбонатного карста / под ред. О. Носовой. Изд-во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, 1989.

170. 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. 14-18.

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

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

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

174. 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.

175. СН 522-79. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации гидротехнических сооружений на подрабатываемых горными работами территориях / Госстрой СССР. -М. : Стройиздат, 1981.

176. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб. : ВНИМИ, 1998.

177. Бахаева, С. П. Мониторинг безопасности ГТС, расположенных на подработанной подземными выработками территории / С. П. Бахаева, С. И. Протасов, В. А. Рожнов // Безопасность труда в промышленности. -2004.-№9.-С. 24-27.

178. Инструкция о порядке определения критериев безопасности и оценки состояния гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов на поднадзорных Госгортехнадзору России производствах, объектах и в организациях (РД-03-443-02).

179. Определение критериев безопасности накопителей жидких промышленных отходов, расположенных на подработанной территории / С. П. Бахаева, В. А. Рожнов, М. А. Кузнецов, Е. В. Кудрявцев // Безопасность труда в промышленности. 2006. - № 5. - С. 21-25.

180. Бахаева, С. П. Обеспечение безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений на подработанной территории на основе прогноза ожидаемых сдвижений и деформаций / С. П. Бахаева, С. В. Манакова // Маркшейдерский вестник. — 2006. № 4. - С. 34—37.

181. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации гидротехнических сооружений на подработанных горными работами территориях. СН 522-79 / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1981.

182. Методические указания по наблюдениям за сдвижением горных пород и за подрабатываемыми сооружениями. Л. : ВНИМИ, 1987.

183. Временное положение о порядке и контроле ведения горных работ в опасных зонах на разрезах Кузбасса / Е. В. Бакланов, С. П. Бахаева, В. В. Билибин и др. // Кемерово : " КУЗБАСС-НИИОГР", КузГТУ. -1998.-27 с.