Пример реализации литомониторинга

В практике горного дела наибольший масштаб влияния на комплекс ресурсов геологической среды оказывают открытые разработки. Рассмотрим осуществление литомониторинга на примере объекта бассейна Курской магнитной аномалии карьера Михайловского горнообогатительного комбината (МГОК). Строительству и эксплуатации этого горного предприятия препятствовало развитие оползневых деформаций на уступах и бортах карьера МГОК, (за период 1964 — 1985 гг. зафиксировано около 150 оползней общим объемом свыше 4 млн. м³) и формирование в непосредственной близости от г. Губкино, намывного горнотехнического сооружения объемом свыше 0,25 млрд. м³.

Прибортовой массив карьера МГОК — I этап.

Анализ состояния участков прибортового массива проведен с использованием выполнявшейся ВИОГЕМом паспортизации оползней. Фоновое состояние надрудной толщи общей мощностью около 120 м характеризуется преобладанием в разрезе глинистых и песчано-глинистых пород четвертичного, мелового и юрского возраста, наличием двух водоносных комплексов и погребенных ложбин стока. В процессе формирования уступов степень их устойчивости оказывала существенное влияние на использование запасов железных руд и земель в приконтурной части карьера. Техногенное состояние массива характеризуется уменьшением прочности пород во времени вследствие разупрочнения при снижении петростатической нагрузки, развития реолотических процессов, действия сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. Оползневые смещения вызвали угрозу выхода из строя транспортной выработки капитальной траншеи, ствола подземного дренажного комплекса, создали опасность потери свыше 1 млн. м³ богатых железных руд и нарушения земель в окрестности верхнего контура карьера. Прогноз изменений состояния прибортового массива горных пород был необходим для разработки мероприятий по рациональному использованию вовлекаемых в эксплуатацию ресурсов геологической среды. [3].

II этап. Контроль состояния бортовых массивов включает инженерно-геологические и инструментальные наблюдения. Условие эффективности контроля — последовательное выполнение следующих принципов:

• — непрерывности (в ходе многоэтапного процесса построения расчетной модели объекта уровень ее точности возрастает от этапа к этапу);
• — адаптации (расчетная модель и контрольная система взаимно приспосабливаются в соответствии с новой информацией);
• — обратной связи (эффективность контроля зависит от степени учета требований, вытекающих из предполагаемого напряженного состояния массива).

Оперативное определение прочности породы в бортовом массиве карьера МГОК осуществлялось, преимущественно, на основе обратных оползневых расчетов. Инженерно-геологические наблюдения, включавшие полевые опытные работы с применением прессиометров и пенетрометров-крыльчаток, производили на оползнеопасных участках, положение которых устанавливали при обработке данных аэрофотограмметрической съемки. Аэрофотограмметрические методы наблюдений дают следующие преимущества:

• — возможность съемки участков, недоступных при применении других методов наблюдений;
• — быстрая фиксация состояния крупных объектов (бортов карьеров и отвалов), площади которых составляют сотни и тысячи гектаров;
• — высокая скорость выполнения отдельных серий наблюдений в любое время года и
• — независимость их выполнения от технологических особенностей производства горных работ в карьерах и на отвалах;
• — отсутствие мертвых зон и высокая разрешающая способность съемочной и камеральной аппаратуры.

III этап. Инструментальные маркшейдерские и инженерно-геологические наблюдения состояния прибортовых массивов позволили выявить участки, подверженные оползневым деформациям, и произвести их геометризацию. Планы поверхностей скольжения (их видимой и невидимой перекрытой оползневыми массами частей), составляли методом фиксирования на аэрофотоснимках положений характерных точек до и после оползня и последующего построения по ним векторов смещения, по которым отстраивалась сама поверхность. [3].

Дешифрирование аэрофотоснимков обеспечило выявление зон зарождения оползней и создание основы для инженерно-геологического районирования карьерного поля. Аэрофото-съемочные работы дополнялись инструментальными наблюдениями за деформациями уступов, а также зондированием, позволившими установить условно-мгновенные (в начальный период после оформления уступов в оползнеопасных зонах) значения сцепления с 0 и угла внутреннего трения ц, всех разновидностей глинистых пород бортового массива.

IV этап. Результаты съемок оползней и инструментальных наблюдений за деформациями уступов использованы для определения из обратных расчетов параметров длительной прочности и сдвиговой ползучести глинистых пород прибортового массива. Прогноз сдвиговых деформаций и сопротивления сдвигу глинистых пород выполняли с помощью соотношений структурной механики грунтов. Оценка реологических параметров глинистых пород с учетом нетектонических нарушений условий залегания надрудной толщи позволила получить исходные данные для инженерно-геологического районирования карьерного поля по условиям длительной устойчивости откосов. Предельно длительные значения сопротивлений сдвигу разновидностей глинистых пород достигаются за периоды 2—10 лет после формирования уступов. Установлено, что для зон прибортового массива, приуроченных к обводненным литологическим контактам или погребенным ложбинам стока, интенсивность процессов снижения прочности и развития сдвигов деформаций возрастает в 2— 3 раза.

V этап. Использование надежных исходных данных позволило уменьшить нормативные коэффициенты запаса устойчивости на 15 20% и определить рациональные параметры уступов, обеспечивающие требуемые сроки их безопасной эксплуатации. Для уступов нерабочего (Восточного) борта карьера обосновано увеличение их крутизны на период, необходимый для извлечения непромышленных (находящихся за пределами проектного контура) запасов богатых железных руд. После извлечения дополнительного объема руды предложено выполнить пригрузку борта отвалом окисленных кварцитов. Внедрение рекомендаций обеспечило извлечение 2 млн. т богатой железной руды, сокращение объема вскрышных работ на 3 млн. м³, предотвращение нарушения свыше 10 га земель. [3].