ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ВНЕШНИХ ОТВАЛОВ
КАНАРСКОГО КАРЬЕРА
(к. т.н., доцент кафедры МД и Г, КарГТУ, Караганда)
(маги-странт кафедры МД и Г КарГТУ, Караганда)
(пре-подаватель кафедры МД и Г КарГТУ, Караганда)
(магистрант кафедры МД и Г КарГТУ, Караганда)
Качарское месторождение расположено в северо-западной части Костанайской области Республики Казахстан. Уникальное по запасам Качарское месторождение маг - нетитовых руд составляют основу минерально-сырьевой базы . Строительство Качарского карьера начато на Северном участке месторождения в 1975 г и в 1985 г. карьер был сдан в эксплуатацию. Глубина карьера в настоящее время достигла 365 м.
В Качарском карьере выделены следующие глинистые разности пород надопоковой толщи, прочностные свойства которых наиболее зависят от влажности, и которые подтверждаются воздействию дренажных и атмосферных вод:
а) неогеновые песчано-глинистые породы увлажняются в откосах на участках выходов подземных вод из линз залегающих на них песков диагонально-косой слоистости.
б) выветрелые глины чеганской серии залегающие в нижней части 1-го и 2-го уступов.
в) чеганские глины верхней, менее опесчаненной части слоя.
Наблюдениями за состоянием бортов карьера и откосов отвалов установлено, что основными видами деформаций являются оползни, обрушения, переходящие со временем в осыпи и оплывины, надподошвенные оползни с выпором основания.
На характер развития процесса деформации отвалов оказывают элементы залегания и мощность слабого слоя (глины) в основании отвалов. На отвалах в процессе геомеханического обследования установлено, что имеет место нарушение первого яруса в виде выдавливания из нижней зоны яруса переувлажненных пород. Эти деформации характерны в весенне-летний период. Формируются валы выпирания высотой до 3,5 м, ширина деформационной зоны основания составляет более 100м. При отсыпке глинистых пород на переувлажненное основание (территория озер) приводит к интенсивному развитию геомеханических явлений, что обуславливает снижение высоты яруса и сложности в технологии формирования отвалов. На основании исследований можно сказать, что отвалы находятся в инженерно-геологических условиях средней сложности, что обусловлено наличием в основании тела отвалов суглинков и глин, слабыми прочностными свойствами самого тела отвалов.
Основными причинами нарушений устойчивости отвалов являются низкая несущая способность переувлажненных пород основания отвалов, низкая прочность глинистых пород, складируемых в отвалы, которые зачастую замачиваются (нижняя часть первого яруса) паводковыми и атмосферными водами, превышение предельной высоты нижних ярусов и несоблюдение режима отсыпки - недостаточный промежуток времени для консолидации пород первого яруса и основания.
На северо-западном участке отвала №4 после отсыпки первого яруса высотой 8-9м вследствие оседания пород за счет естественного их уплотнения и увлажнения атмосферными осадками происходит выдавливание пород в низшей части откоса (нарушение устойчивости). Выдавливаемые породы распространяются на 10-20м от первоначального положения нижней бровки отвала, изменяя конфигурацию откоса и выполаживая угол наклона откоса яруса (отвала).
При этом в отвале поверхности разрушения не формируются. На верхней площадке яруса прослеживается три серии трещин (рисунок 1), расположенные параллельно верхней бровке с шагом 7-10м, что свидетельствует о достаточно большой (20-30м) ширине деформированной зоны.
Выдавленные породы на определенный период времени могут выполнять, роль дополнительной призмы упора, создавать условия для прекращения деформаций и перехода отвала во временное состояние равновесия. Но увлажнение пород отвала, их уплотнение с образованием заколов приведет к переходу тела отвала в предельное состояние с формированием поверхности разрушения, выходящей в откос выше подошвы.
Оседание отвала №4 по фронту отвальных работ происходит не-равномерно в связи с неравномерностью создаваемой отвальными массами нагрузки, извилистостью границ озера Качар, разнообразностью форм залегания слабого слоя основания. Высота вала выпирания, при которой наблюдается оседание отвала, и нарушение его устойчивости зависит от формы залегания слабого слоя основания отвала и рельефа основания отвала.
Ширина деформированных участков (включая отвал и основание) колеблется от 15 до 100 м (северный и восточные участки отвала). Деформированные участки мигрируют по мере развития отвала и достигают по фронту 380- 400м.
Результаты наблюдений за состоянием отвала №4 позволяют сделать вывод, что отсыпка глинистых пород на переувлажнённое основание, особенно на территориях озер приводит к интенсивному развитию нежелательных геомеханических явлении, что обуславливает снижение высоты яруса и определенные сложности в технологии формирования отвалов.
Для оценки геомеханического состояния прибортовых и отвальных массивов Качарского месторождения в настоящее время ведется геомониторинг сотрудниками лаборатории кафедры Маркшейдерского дела и геодезии КарГТУ Для производства наблюдений за деформациями бортов карьеров и отвалов заложены наблюдательные станции на отвалах №3, 4 и №7 в виде профильных линий. Каждая профильная линия состоит из 2-3 опорных реперов и из рабочих реперов. В настоящее время на отвалах Качарско - го карьера проведены четыресерии высокоточных марк - шейдерско-геодезиче ских измерений.
На отвале № 4 заложено три профильных линии в северной части отвала, расположенные веерообразно; профильная линия I-I расположена в направлении на запад, в основании западной части отвала имеются выпоры основания протяженностью боле 400м, длина линии составляет 895м, число рабочих реперов 43; профильная линия II-II расположена в направлении южной части отвала состоит из 2 опорных реперов и 31 рабочих реперов; длина линии составляет 860м; профильная линия III-III расположена в направлении на восточную часть отвала, восточная часть имеет заболоченный, обводненный участок в основании по поверхности проектом предусматривается заложить 3 рабочих репера в болотистой местности для наблюдений в зимний период. Длина профильной линии III-III составляет 985м.
Положение опорных реперов на всех отвалах определяется и контролируется GPS приемниками спутниковой системы позиционирования. Положение рабочих реперов определяется электронным тахеометром TCR 1201 Leica.
Результаты инструментальных наблюдений в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями в процессе эксплуатации месторождений дают возможность установить характер деформаций горных пород откосов уступов и бортов карьеров и спрогнозировать развитие их во времени и пространстве, что в свою очередь позволяет наметить мероприятия по устранению причин их развития.
Список использованных источников:
1. , , Поклад. породных отвалов - Алма-Ата.: Издательсто «Наука» Казахской ССР, 1987. - 224 с.
2. Отчет НИР «Создание системы мониторинга состояния устойчивости прибортовых массивов карьеров (Сарбайско - го, Соколовского, Качарского) и отвалов на основе инструментальных наблюдений». Караганда, 2010 год.
