CC BY
25
© Е.В. Сергина, 2014
УЛК 624.131.1 Е.В. Сергина
МОНИТОРИНГ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ГИДРООТВАЛА КЕДРОВСКОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА
Рассмотрены горно-геологические условия разреза «Кедровский», предполагающие извлечение законсервированных запасов из-под гидроотвала; вскрышные работы по удалению части гидроотвала осуществляются гидромеханизацией, а на остающейся его части отсыпаются отвалы «сухих» пород; использование данных технологий возможно только при выполнении мониторинга безопасности, который включает инженерно-геологические и геофизические исследования, гидрогеологические и маркшейдерские наблюдения.
Ключевые слова: гидроотвал, сухие отвалы, гидромеханизация, отвалообразова-ние, мониторинг безопасности, инженерно-геологические исследования, гидрогеологические и маркшейдерские наблюдения.
В северо-восточной части участка «Основное поле» разреза «Кедровский», приуроченном к пойме реки Чесноковка, в период с 1958 по 1990 гг. эксплуатировался гидроотвал № 3. На момент завершения намыва гидроотвал представлял собой сооружение овражно-балочного типа с односторонним обвалованием максимальной высотой 53 га, площадью 280 га и емкостью 48 млн м3. К 1990 г. горные работы на участке подошли вплотную к границе целика под гидроотвалом. Промышленные запасы на разрезе на тот момент составляли 80 млн т. угля и срок службы предприятия ограничивался 2008 г. В связи с этим, при рассмотрении перспективного плана развития горных работ принято решение о расконсервации запасов угля под гидроотвалом и проведении геолого-разведочных работ с поверхности гидроотвала. По результатам разведки и подсчета запасов определено, что под гидроотвалом находится около 70 млн т. угля, которые можно рентабельно отрабатывать, предварительно ликвидировав гидроотвал. Институтом ВНИМИ [1, 2] были выполнены исследования и разработа-
ны рекомендации по частичному удалению гидроотвала.
В последующие несколько лет проведен ряд исследований и разработок, на основе которых определены:
• граница отработки гидроотвала, на которой необходимо сформировать насыпь, разделяющую гидроотвал на участки массива, подлежащий и не-подлежащий удалению;
• технология отработки гидроотвала - смыв средствами гидромеханизации.
В 2000 г. приступили к смыву гидроотвала и транспортировке размытого материала за сформированную к этому времени «ограждающую перемычку». В рекомендациях ВНИМИ [1] предлагалось отсыпать разделительную насыпь высотой, обеспечивающей максимальное выдавливание намывных пород из-под насыпи, вплоть до полного их замещения наиболее прочными породами «сухих» отвалов. Однако, «ограждающая перемычка» была сформирована при малой высоте (до 12 м), которая не позволила добиться значительного внедрения в намывной массив. Таким образом, она по факту получилась по типу «плава-
юшей» дамбы, не выполняющей функционально своего назначения - подпорного сооружения. Поэтому через два года складирование пульпы перенесли в выработанное пространство участка «Хорошеборский», где начал функционировать гидроотвал котлованного типа.
Начиная с 2002 г. на площади гидроотвала специалистами НФ «КУЗБАСС-НИИОГР» [3] совместно с сотрудниками маркшейдерско-геологической службы предприятия проводятся комплексные наблюдения. Целью наблюдений в этот период являлись:
• контроль напряженного состояния массива;
• оценка возможности отработки основной дамбы гидроотвала со стороны восточного борта;
• оценка устойчивости ограждаю-шей перемычки.
Наблюдения проводились в соответствии с «Проектом наблюдательной станции...» и включали визуальные, инженерно-геологические и инструментальные (маркшейдерско-геодезические, геофизические, гид-рогеомеханические) наблюдения.
По мере приближения забоя гидромеханизации к ограждаюшей перемычке (600 м) к 2005 г. деформации намывного массива значительно увеличились. Стало ясно, что по мере углубки и приближения фронта гидровскрышных работ к ограждаюшей перемычке, может возникнуть ситуация, когда устойчивость массива между забоем и ограждаюшей перемычкой не обеспечится, начнется смешение намывного материала с возникновением аварии. В сложившейся ситуации руководство предприятия обратилось к специалистам НПФ «Карбон» для разработки рекомендаций по обеспечению устойчивости остаюшейся части гидроотвала [4].
К 2008 г. разработана конструкция насыпи в виде сухого отвала вскрыш-
ных пород высотой до 40 м, отсыпаемого на пляжной зоне и северо-западной части ограждаюшей перемычки. Формирование отвальной насыпи данной конструкции должно обеспечить замешение намывных пород насыпными и решить основные задачи при ликвидации гидроотвала: - обеспечение безопасных условий ведения горных работ; - создание новой устойчивой конструкции остаюшейся части гидроотвала.
На тот момент было смыто всего 20,5 млн м3 пород. Гидровскрышные работы велись уступами по 10 ч 20 м. Намывные породы отработаны до горизонта +185 м в южной части гидроотвала и до +200 м в северной. Основная дамба отработана до горизонта +190 м. Фронт гидровскрышных работ находился на расстоянии 1200 м от ограждающей перемычки. На участке «Основное поле», с западной и юго-западной сторон гидроотвала, естественные четвертичные отложения и намывные породы отрабатывались до горизонта +170 м на ж/д технологию, а по участку «Хорошеборский» - с юго-восточной стороны на авто технологию до горизонта +185 м. Ограждающая перемычка представляла собой «плава-юшую дамбу» и при ведении работ по гидросмыву и формированию отвала, необходимо было обеспечить ее устойчивое состояние, т.е. исключить опасные деформации от ведения горных работ на ограждаюшую перемычку.
Поэтому необходимо проводить мониторинг состояния ограждающей перемычки и намывного массива с целью контроля напряженного состояния массива.
На основе рекомендаций и разработанных ранее документов, перед началом формирования отвала, специалистами маркшейдерско-геологи-ческой службы предприятия составлен «Проект мониторинга.», в соответствии с которым в последующем про-
водились наблюдения при ведении горных на площади гидроотвала.
В декабре 2008 г. приступили к формированию отвальной насыпи. Отсыпка отвала производилась с юга на север двумя ярусами шириной 7090 м: первый ярус был отсыпан полностью до Пихтовского отвала на отметку +240 м, протяженностью 700 м; второй ярус отсыпан до середины первого на отметку +270 м, в это время, в августе 2009 г., в связи с высокой интенсивностью отвалообразования, произошел оползень подподошвенно-го типа. Смещения по реперам наблюдательной станции достигли 23 м, значения порового давления превысили критические на 26%. Формирование отвала приостановлено до прекращения деформаций и рассеивания поро-вого давления.
К марту 2010 г. скорректирована конструкция насыпи и возобновлены работы по формированию отвала, высота второго яруса снижена до отметки +255 м и добавлен третий ярус, отметка которого должна составить +275 м (результирующий угол отвала снижен с 14° до 9-10°). Для своевременного обнаружения и предотвращения возникающих деформаций и обеспечения безопасности ведения горных работ и отвалообразования, с момента начала формирования отвала, проводятся следующие комплексные наблюдения за ограждающей перемычкой, намывным массивом, параметрами гидровскрышного борта и формируемого отвала:
1) технологический контроль при ведении гидровскрышных работ и отсыпки отвала;
2) инженерно-геологические;
3) инструментальные: маркшейдер-ско-геодезические и гидрогеомехани-ческие.
1. Технологический контроль при велении гидровскрышных работ включает [3]:
• контроль соответствия технологии ведения гидровскрышных работ проекту и рекомендациям экспертов (1 раз в месяц сотрудниками марк-шейдерско-геологической службы);
• контроль соответствия технологии ведения гидровскрышных работ паспорту (1 раз в смену - ИТР участка).
Технологический контроль при формировании отвальной насыпи на гидроотвале включает [3]:
• контроль соответствия технологии отвальных работ паспорту - 1 раз в смену - ИТР участка;
• соответствие технологии отвальных работ проекту и рекомендациям экспертов - 1 раз в месяц - сотрудниками маркшейдерско-геологической службы.
2. Инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения
На площади гидроотвала № 3, начиная с 1992 г. [2] по сегодняшний день, проведен ряд инженерно-геологических наблюдений с целью определения физико-механических свойств пород и обводненности грунтов, районирования гидроотвала на зоны, степени внедрения пород Пихтовского отвала и формируемого отвала в намывные грунты, и установки датчиков порового давления.
На ограждающей перемычке с 2003 г. сотрудниками маркшейдерско-геологической службы разреза проводятся наблюдения за фильтрационным режимом. В настоящее время наблюдения выполняются в сезон гидромеханизации и в период формирования отвала для решения следующих задач:
• выявление и оценка выходов фильтрации через ограждающую перемычку и формируемую насыпь, основание, берега, сопряжения с берегом -1 раз в месяц - ИТР участка;
• регистрация и оценка фильтра-ционно-суффозионных выносов грунта из тела ограждающей перемычки и формируемой насыпи. Контроль мут-
ности профильтровавшейся воды -1 раз в месяц - ИТР участка;
• определение расхода воды, профильтровавшейся через насыпь - 1 раз в месяц - сотрудниками маркшейдер-ско-геологической службы.
3. Инструментальные наблюдения
3.1. Маркшейдерско-геодезические наблюдения
Маркшейдерско-геодезические наблюдения предполагают решение следующих задач:
• определение координат опорных и рабочих реперов;
• определение величин смещений, направления и скорости;
• деформирования ограждающей перемычки и намывного массива;
• определение зоны деформирования на площади намывных отложений от горных выработок гидромеханизации до ограждающей перемычки.
Для решения поставленных задач используется существующая наблюдательная станция, а также закреплены дополнительные реперы.
Определение координат рабочих и опорных реперов наблюдательной станции выполняется от пунктов опорной маркшейдерской сети RpII и 2.
Для инструментальных измерений по рабочим реперам в зоне прямой видимости выполняются измерения электронным тахеометром TOPCON 230 (угловая погрешность 6», линейная 10 мм) способом «координатных измерений», а где нет видимости - аппаратурой автономного спутникового определения координат Point Smart 3100 IS в режиме «статика».
Наиболее опасным временем возникновения деформаций ограждаю-
щей перемычки и намывного массива является период формирования отвальной насыпи и сезон гидромеханизации. Поэтому в данные промежутки времени необходимо особенно внимательно следить за состоянием ограждающей перемычки и намывного массива.
Периодичность наблюдений за смещениями ограждающей перемычки и намывного массива выбирается в зависимости от скорости развития деформаций, но не реже 1 раза в месяц. При активизации процесса сдвижения и достижении скорости:
• от 450 мм/сутки для реперов, расположенных на ограждающей перемычке (значение принято по результатам натурных наблюдений 2008-2010 гг.),
• от 8 мм/сутки для реперов, расположенных на площади намывного массива между забоями гидромеханизации и ограждающей перемычкой), работы останавливаются до уменьшения скоростей смещения намывного массива. При появлении признаков деформации намывного массива частота наблюдений принимается по таблице [5].
3.2. Гидрогеомеханические наблюдения
На гидроотвале для обеспечения контроля напряженно-деформированного состояния оставшейся части намывного массива оборудована станция гидрогеомеханического мониторинга, состоящая из девяти наблюдательных пунктов за поровым давлением в намывных породах. Станция оборудована двумя устройствами для автоматизированного сбора, накопления и передачи информации по сотовой телефонной связи [7].
Таблица
Периодичность инструментальных наблюдений
Скорость смещения репера, мм/сут 5,0 10,0 20,0
Периодичность наблюдений, сут. 15 8 4
Контроль устойчивости намывного массива гидромониторных уступов посредством измерения порового давления производится по датчику порового давления, расположенным в непосредственной близости к ним. Работы прекращаются при увеличении избыточного порового давления более 10 м вод. ст. Возобновляется работа после спада давления или после сплыва откоса.
Интенсивность отвальных работ при формировании отвала в районе перемычки регулируется по величине избыточного порового давления в намывном массиве, измерения поро-вого давления выполняются ежедневно, при подходе значений давления к критериям безопасности [6] отвальные работы либо продолжаются, либо прекращаются, производится расчет устойчивости; работы возобновляются при опускании значений порового давления ниже обоснованных критериев.
На сегодняшний день все три яруса отвальной насыпи сформированы.
Ограждающая перемычка и автоотвал представляют единое целое. Ведется бурение инженерно-геологических скважин с целью определения физико-механических свойств пород, степени
1.Отчет по работе «Разработать рекомендации по частичной отработке гидроотвала № 3 разреза «Кедровский» и параметрам от-валообразования на намывном основании». СПб, ВНИМИ. 1991 г.
2. Отчет по работе «Выполнить инженерно-геологические исследования на гидроотвале № 3 для уточнения параметров гидровскрышных уступов; установить в намывные породыконтрольно-из-мерительную аппаратуру». СПб, ВНИМИ, 1992 г.
3. Проекты наблюдательной станции на площади бывшего гидроотвала № 3 ОАО «РазрезКедровский». - Кемерово: НФ «КУЗ-БАСС-НИИОГР», 2002-2011.
внедрения пород, сформированного отвала, в намывные грунты и установки датчиков порового давления. Отработка северной части гидроотвала осуществляется средствами гидромеханизации по гор. +195 м, на расстоянии 730 м от насыпи, а южной экскаваторами с отгрузкой пород на авто и ж.д. транспорт по гор. +180 м. Основная дамба и намывной массив пляжной зоны на расстоянии 250-500 м от дамбы отработаны полностью.
В районе расположения основной дамбы ведется добыча угля. Всего отработано намывных пород и естественных четвертичных отложений 29 млн м3, в том числе гидроспособом - 25 млн м3.
Ликвидация гидроотвала и формирование отвала сухих пород проходит в безаварийном режиме, что стало возможным благодаря постоянному ведению мониторинга. По результатам наблюдений и измерений заполнялись журналы замеров, съемок и визуальных наблюдений, из анализа которых принимались решения о дальнейшем направлении, интенсивности и очередности горных работ, а так же об остановке и возобновлении работ.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Заключение экспертизы промышленной безопасности по оценке безопасных условийот-валообразования на площади ограждающей перемычки гидроотвала № 3 филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедровский угольный разрез» - СПб: ООО НПФ «Карбон», 2007.
5. РД 03-443-02. Инструкция о порядке определения критериев безопасности и оцен-кисостояния гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов наподнадзорных Госгортехнадзору России производствах, объектах и в организациях.
6. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости, 1970. 1ИШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ_
Сергина Елена Викторовна - ОАО «УК Кузбассразрезуголь», Кемерово, e-mail: [email protected].
UDC 624.131.1
MONITORING OF THE SAFE SLURRY DUMP REMOVAL AT KEDROVSKY OPEN PIT COAL MINE
Sergina E.V., Kuzbassrazrezugol Management Company, Kemerovo, e-mail: [email protected].
Under analysis are the mining and geological conditions at Kedrovsky Open Pit Coal Mine with a view to extracting coal from under the slurry dump: a part of the slurry dump is to be removed using hydraulic mining methods, and dry rock is to be dumped on the rest of the slurry dump area. The application of these technologies is only possible with the safety monitoring, including geotechnical and geophysical research, hydrogeological observations and surveying.
Key words: slurry dump, dry rock dump, hydraulic mining, dumping, safety monitoring, geological-engineering research, hydrogeological observation, surveying.
REFERENCES
l.Otchet po rabote «Razrabotat' rekomendacii po chastichnoj otrabotke gidrootvala № 3 razreza «Kedrovs-kij» i parametram otvaloobrazovanija na namyvnom osnovanii». SPb, VNIMI. 1991 g.
2. Otchet po rabote «Vypolnit' inzhenerno-geologicheskie issledovanija na gidrootvale № 3 dlja utochnenija parametrov gidrovskryshnyh ustupov; ustanovit' v namyvnye porodykontrol'no-izmeritel'nuju apparaturu». SPb, VNIMI, 1992 g.
3. Projects of Observation Station in the Former Slurry Dump Area of RazrezKedrovsky JSC. Kemerovo: KUZBASS-NIIOGR, 2002-2011.
4. Industrial Safety Expert Evidence on Dumping Safety in the Area of the Slurry Dump Envelope Wall at Kedrovsky Open Pit Coal Mine of Kuzbassrazrezugol Management Company. Saint-Petersburg: NPF Karbon, 2007.
5. RD 03-443-02. Regulatory Guides on Safety Criteria and State Estimation of Hydraulic Structures at Effluents Collectors Belonging to Plants and Organizations under Supervision of the RF Governmental Mine Technical Inspection.
6. Regulatory Guides on Deformation Monitoring in Open Pit and Dump Walls and Slopes and Development of Their Stability Support Measures. 1970.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ОЦЕНКА МОДУЛЕЙ УПРУГОСТИ ГЕОСРЕДЫ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ МИКРОТРЕШИНОВАТОСТЬЮ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Лысенко Павел Юрьевич, младший научный сотрудник, Московский государственный горный университет, e-mail: [email protected] Приведена теоретическая оценка модулей упругости геосреды с ориентированной микро-трешиноватостью с использованием коэффициентов нормальной и тангенциальной податливо-стей. Методом лазерной ультразвуковой спектроскопии с использованием модифицированной установки «Геоскан-02М» измерены скорости распространения продольных и сдвиговых ультразвуковых волн на образцах пироксенов месторождения Ковдорского ГО-Ка, по которым определены коэффициенты нормальной и тангенциальной податливостей. По данным коэффициентам восстановлена матрица жесткости пироксенов с ориентированной микротрешиноватостью.
Ключевые слова: микротрешиноватость, податливость, модули упругости, трансверсаль-ноизоторопная среда, анизотропия.
EVALUATION OF THE ELASTIC MODULI OF A GEOMEDIUM WITH FOCUSED NOI MICRO FRACTURE METHOD OF ULTRASONIC LASER SPECTROSCOPY
Lysenko P.Yu.
The theoretical evaluation of the elastic moduli of geomaterial with oriented microcracks using coefficients normal and tangential compliances was given. Velocity of longitudinal and transverse ultrasonic waves of Kovdor GOK pyroxenes were measured by laser ultrasonic spectroscopy method using a modified equipment «Geoskan-02M». Coefficients normal and tangential compliances were calculated by ultrasonic waves velocity. Stiffness matrix pyroxenes with oriented microcracks was restored using this coefficients.
Key words: suppleness, elasticity modules, transversally-isotropic medium, anisotropy.
