Изменчивость инженерно-геологических свойств массивов пород техногенного происхождения в пространстве и времени отражается в объективно существующих отличиях характеристик отложений в разных точках массива в зафиксированный момент времени. Изменчивость свойств обусловлена неодинаковостью вещественного и зернового (гранулометрического) состава, структурно-текстурных особенностей в зависимости от применяемой технологии складирования, параметров массива, продолжительности «отдыха».
Гидроотвалы и хвостохранилищапредставляют собой сложные плохо организованные системы, это объясняется процессами их формирования и часто разрозненным укладываемым материалом. Поэтому во многих случаях не удается разграничить влияние конкретных факторов, определяющих свойства отложений. Перечисленные положения обусловливают наиболее широкое применение статистических моделей при оценке изменчивости и проектировании систем точек сбора информации при проведении изысканий на намывных техногенных массивах [2].
Как показывает анализ опыта изучения техногенных намывных массивов рядом ведущих организаций в этой области (ВИОГЕМ, МГИ-МГГУ-МГИ НИТУ «МИСИС», ВСЕГИНГЕО и др.), они обладают рядом специфических особенностей, которые определяют принципы изучений и прогнозирования изменчивости их свойств:
- математическое описание свойств массивов должно проводиться на основе системного подхода к оценке их строения и условий формирования;
- сложность объектов и недоступность к исследуемым толщам отложений, несопоставимость их размеров с объемами отбираемых проб, прерывистость сети изысканий (в этих условиях экспериментальные данные представляют совокупность случайных, а не детерминированных величин);
- математические методы должны обладать высокой гибкостью, так как соответствие модели и реального объекта устанавливаются в соответствии со свойствами последнего, однако многие характеристики намывного массива можно установить только в процессе изысканий;
- описанию подвергается не весь объект исследования, а лишь заранее оговоренный набор его свойств и процессов, связанных с ними.
Опираясь на выявленные особенности намывных массивов, формируемых в процессе горных работ, с использованием общей теории изменчивости были сформулированы положения, отражающие общие законы изменчивости характеристик гидроотвалов и хвостохранилищ [1]:
- намывной техногенный массив, его отложения, структура и свойства представляют собой продукт взаимодействия физических полей природно-техногенной динамической системы;
- поля инженерно-геологических параметров, их структура и характеристики наследуют и отражают черты процессов формирования техногенного массива, осаждения зерен намывного материала и консолидации уложенных глинистых пород;
- формирование большой толщи тонкодисперсных отложений за короткий (в сравнении с геологическим временем) срок и сезонность ведения работ.
В соответствии с факторами и закономерностями, определяющими распределение инженерно-геологических параметров в пространстве, для наиболее распространенного (более 90% от общего количества) овражно-балочного типа гидроотвалов были выделены ключевые (совпадающие с главным направлением изменчивости инженерно-геологических свойствξх) профили. По этим линиям производится основной объем работ поопробованию для установления расчетных характеристик массива с целью проектирования мероприятий по его дальнейшему освоению (рис.1). Ключевые профили совпадают с линией тальвега, где мощность отложений и время фильтрации максимальны, что обусловливает экстремальные значения инженерно-геологических показателей для рассматриваемого сечения по направлению ξу [4,5].
Рис.1. Расположение ключевых профилей опробования намывных отложений техногенных массивов овражно-балочного типа:
1 – дамба обвалования, 2 – граница прудка-отстойника, 3 – граница гидроотвала, 4 – горизонтали ложа, 5 –ключевые профили опробования, 6 – граница подсистем сети опробования; ξx, ξу, ξz – основные направления изменчивости.
Числовые значения экспериментальных данных, получаемых при инженерно-геологических исследованиях, всегда зависят от принятого начала отсчета каждого параметра и от шкалы, в котором это свойство измеряется. При сравнении объектов по группе параметров стремятся к представлению информации в некотором стандартном виде, сопоставимом для всех данных. С этой целью принято приводить шкалы измерений к так называемой центрированной и нормированной форме. Первое равносильно переносу начала координат в точку, соответствующую арифметическому среднему его значений. Второе имеет целью представить параметр не в абсолютных единицах (градусах, кг/см2 и др.), а в некоторых безразмерных единицах, характеризующих относительное значение[3].
Наиболее распространенным преобразованием этого типа, является соотношение, в котором нулевой уровень – это среднее арифметическое, а интервала варьирования – среднеквадратическое значение:
где – преобразованное значение,
xij – натуральное текущее значение i-гопоказателя j-гофактора;
n–количество измерений признака j.
В общем случае изменчивость свойств пород является векторной величиной, направление которой отражает возрастание – убывание параметра. При позиционировании выработок для получения инженерно-геологической информации и последующего районирования техногенного массива с целью выбора направления его дальнейшего использования главенствующую роль играет только модуль изменчивости. Введем функцию ψ, которая отражает эту величину:
где
–значениеj-й –характеристики в i-й– точке.
График функции ψ в подавляющем большинстве случаев при исследовании техногенных массивов по набору характеристик имеет вид близкий к экспоненциальному.
Обобщенную функцию изменчивости свойств намывных техногенных отложений представим в аддитивной форме:
полученная функция монотонно возрастает и показывает степень отличия в долях единицы свойств намывных отложений в точке x относительно начала отсчета (рис.2).
Рис.2. Обобщенная функция изменчивости свойств (гранулометрический состав, плотность, влажность, начальный коэффициент пористости, угол внутреннего трения, удельный коэффициент сцепления, степень уплотнения)намывных отложений гидроотвала «Лог Щамаровский»
Пространственная изменчивость большинства параметров гидроотвалов и хвостохранилищ преимущественно обусловлена фракционированием намывного материала при формировании объекта. При этом важной задачей является определение пути осаждения частиц породы, то есть расчет расстояния, на котором выпадут частицы удельного веса и размера.
В процессе намыва происходит фракционирование осажденной пульпы по гранулометрическому составу, а также разделение ее на зоны с различным минеральным составом. Как фракционирование, так и разделение на зоны по минеральному составу происходит в результате того, что частицы горной массы имеют различную гидравлическую крупность. Эти явления в определенной мере является повторным обогащением, что в последствие в значительной мере упрощает отработку техногенного месторождения.
Моделирование процесса фракционирования с использованием современных компьютерных технологий позволит в дальнейшем строить математические обеспечения САПР, основной задачей которых является выявления участков с заданными параметрами гранулометрического состава для разработки мероприятий по освоению территорий гидроотвалов и хвостохранилищ и слагающего их материала.
Список литературы:
- Бондарик Г.К. Инженерно-геологические изыскания: учебник / Бондарик Г.К., Ярг Л.А. – 2-е изд. — Бондарик Г.К., Ярг Л.А. – 2-е изд. – М.: КДУ, 2008.
- Каждан А.Б., Гуськов О.И., Шиманский А.А. Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых. – М.: Недра, 1979.
- Ческидов В.В. Перспективы использования САПР при инженерно-геологических изысканиях на открытых горных разработках // Горный информационно-аналитический бюллетень. – – №11.
- Ческидов В.В. Комплексное зондирование намывных отложений гидроотвала №3 разреза «Кедровский» // Горная Промышленность. – 2011. – № 6.
- Ческидов В.В. Инженерно,геологическое обеспечение управления состоянием массивов горных пород на оползнеопасных территориях // Горная Промышленность. – 2015. – № 1 (119).[schema type=»book» name=»ОЦЕНКА ИЗМЕНЧИВОСТИ СВОЙСТВ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ » author=»Шаров Александр Сергеевич, Ческидов Васили Владимирович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-14″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]