» » Обоснование оптимальных параметров отвальных сооружений

Обоснование оптимальных параметров отвальных сооружений

03.08.2016

К основным параметрам отвалов и гидроотвалов относятся;
1) общая высота и результирующий угол внешних откосов отвального сооружения;
2) высота и угол откоса отвального яруса;
3) параметры дамб первичного обвалования: высота, ширина по верху, углы заложения верхового и низового откосов (для гидроотвалов);
4) ширина межъярусных берм (для многоярусных отвальных сооружений);
5) ширина и уклон пляжа намыва (для гидроотвалов);
6) превышение гребня плотины гидроотвала над пляжем намыва и урезом воды в прудке-отстойнике.
Параметры, указанные в пунктах 1—4, обосновываются расчетами устойчивости, остальные назначаются из требований обеспечения безопасности и технологии гидроотвалообразования. На стадии ликвидации гидроотвалов их параметры зависят от способа ликвидации (отсыпка отвалов на площади гидроотвала, нанесение рекультивационного слоя, удаление намывных пород).
При отсыпке отвалов «сухих» пород на гидроотвалах основными параметрами являются: общая высота и результирующие углы откосов сооружения «гидроотвал + отвал»; высота и углы откосов отдельных ярусов; ширина межъярусных берм. Они определяются расчетами устойчивости исходя из требования обеспечения максимальной отвалоемкости территории и ее последующего целевого назначения. Высота 1-го яруса, формируемого в режиме контролируемого деформирования откосов, выбирается в учетом геомеханических и технологических условий.
При рекультивации намывной поверхности способом отсыпки рекультивационного слоя из хорошо проницаемых относительно прочных пород требуется определить высоту и угол откоса рекультивационного слоя. Высота рекультивационного слоя принимается минимальной и определяется на основании расчетов устойчивости откосов насыпи с учетом несущей способности намывных пород и массы технологического оборудования. Особенностью гидроотвалов является зональность намывного массива, предопределяющая неравномерность осадки насыпного слоя в различных частях сооружения. Это требует дифференцированного подхода к выбору минимальной высоты рекультивационного слоя, определяемой на основании прогноза консолидации намывных грунтов по зонам с учетом различия их деформационных свойств.
При частичном и полном удалении гидроотвалов должны быть обоснованы параметры новой конструкции дамбы, ограждающей не подлежащую отработке часть намывного массива, или параметры откосов (высоту и углы заложения) горных выработок, выполняющих отработку намывных пород.
Обосновывать оптимальные параметры отвалов и гидроотвалов следует в тесном согласовании с инженерно-геологическими условиями гидро- и отвалообразования, технологией и природоохранными мероприятиями. Для этого необходимо иметь следующие данные:
• состав, состояние и свойства пород, складируемых в отвалы и гидроотвалы;
• способ возведения отвала, его тип;
• геоморфологические, геологические, инженерно-геологические и гидрогеологические условия основания отвальных сооружений;
• стоимость основных видов отвальных работ, экономическая оценка единицы площади отвала и гидроотвала и ущерба от изменения экологической обстановки в районе отвала.
Оптимальные параметры отвалов выбирают с учетом инженерно-геологических, технологических и природоохранных ограничений методом сравнения эффективности по минимуму затрат в течение установленного срока. К ограничительным условиям относятся:
• устойчивость внешних откосов;
• наличие определенного технологического оборудования;
• максимально допустимые по условиям рекультивации уклоны откосов отвалов.
Расчеты устойчивости отвалов и гидроотвалов следует выполнять с учетом изменения во времени напряженного состояния и физико-механических свойств пород насыпных и намывных массивов, а также естественных оснований отвальных сооружений, что требует либо непосредственных замеров порового давления в обводненных породах, либо прогнозирования гидродинамического режима в сооружении.
При проектировании отвальных сооружений или отдельных их ярусов определение величин порового давления в откосной части выполняют прогнозным путем с использованием соответствующих методик. На стадиях строительства, эксплуатации, консервации и рекультивации отвалов и гидроотвалов оценка порового давления может производиться на оснований натурных замеров с использованием соответствующей контрольноизмерительной аппаратуры.
Прогнозные оценки гидродинамического режима отвалов и гидроотвалов включают в себя расчеты уровней (напоров) водоносных горизонтов в техногенных (насыпном и намывном) массивах и в основании сооружений, а также порового давления в глинистых слабопроницаемых отложениях в пределах упорной призмы.
Уровни (напоры) фильтрационных потоков в теле и основании отвального сооружения прогнозируют на базе гидродинамических расчетных методов или математического моделирования. Реализация этих методов требует соответствующих исходных данных о фильтрационных параметрах, граничных и начальных условиях, характеризующих ту или иную расчетную схему.
Прогноз порового давления, развивающегося в породах водонасыщенных глинистых массивов и основаниях отвальных сооружений, рекомендуется выполнять с применением аналитических решений теории фильтрационной консолидации, методами математического моделирования или используя эмпирические зависимости, получаемые при проведении опытных отсыпок в конкретных условиях объекта.
Поровое давление следует учитывать при расчетах устойчивости откосов гидроотвалов и отвалов, если коэффициент порового давления Риmах в какой-либо части призмы возможного оползания превышает нормативное значение коэффициента порового давления Pun = 0,1. Прогнозирование изменения во времени порового давления рекомендуется выполнять для глинистых пород, характеризующихся коэффициентом фильтрации порядка 10в-1—10в-5 м/сут (или коэффициентом консолидации порядка 0,001—1,0 м2/сут).
Для расчетов устойчивости внешних откосов отвалов, гидроотвалов, различных насыпей, формируемых на намывной поверхности, из известных методов механики сплошной среды следует использовать те, которые позволяют учесть:
• неоднородность строения откосов, обусловленную присутствием зон с различным состоянием и физико-механическими свойствами;
• обводненность откосов и их оснований, наличие одного или нескольких водоносных горизонтов напорного или безнапорного характера, формирование в теле отвала, гидроотвала или его основании избыточного порового давления;
• изменчивость прочностных и плотностных параметров пород, связанную с возрастанием напряжений в техногенных массивах;
• сейсмичность района.
Приведенным условиям наиболее полно удовлетворяет инженерный метод расчета — алгебраическое суммирование сил по плавной криволинейной поверхности (метод Фисенко). Для автоматизация вычислений по расчету устойчивости отвальных сооружений на ПЭВМ во ВНИМИ разработана программа «STABILITY». В России и за рубежом в практике выполнения расчетов устойчивости используются различные программные комплексы. Одной из таких программ является программа «Galena» австралийской компании ВНР Engeneering, разработанная специально для нужд горно-добывающей промышленности. Она позволяет оценить влияние различных параметров на устойчивость откосов, оставаясь при этом простой и удобной в использовании. Программа позволяет производить быстрый и удобный поиск опасной поверхности скольжения. Она включает в себя три известных метода анализа устойчивости откосов и склонов:
1) упрощенный метод Бишопа — расчет по круглоцилиндрической поверхности скольжения;
2) метод Спенсера — Врайта — расчет как по круглоцилиндрической поверхности скольжения, так и по поверхности более сложной формы;
3) метод Сарма — расчет для сложных инженерно-геологических моделей с различными по конфигурации границами между расчетными блоками.
При обосновании параметров отвалообразования на слабых основаниях необходимо учитывать, что при формировании 1-го яруса не всегда целесообразно обеспечивать устойчивость его откосов, позволяя в некоторых случаях формирование насыпей в режиме управляемого деформирования откосов.
Высота 1-го яруса отвалов или рекультивационного слоя, отсыпаемого на намывной поверхности в режиме контролируемого деформирования, определяется двумя условиями: 1) на характер развития деформаций не должна влиять масса технологического оборудования; 2) деформирование должно иметь плавный характер.