Мониторинг гидрогеомеханических процессов при складировании в отвал отходов углеобогащения

Рассмотрены гидрогеомеханические аспекты безопасного и эффективного формирования отвалов, сложенных различными отходами обогащения угля, в том числе обезвоженными до влажности 30% отходами флотации. Приводятся результаты лабораторных исследований физико-механических свойств складируемых техногенных пород, свидетельствующие о том, что при реализации схемы совместного складирования крупнообломочных отходов грохочения и тонкодисперсных отходов флотации угля в отвал возможно формирование избыточного порового давления в слабопроницаемых техногенных отложениях. С применением численного моделирования методом конечных элементов выполнен прогноз изменения напряженно-деформированного состояния отвала в ходе его отсыпки. При моделировании учитывалось недренированное поведение массива и особенности технологической схемы отвалообразования. На базе разработанной расчётной модели выполнен прогноз развития избыточного порового давления в техногенном массиве и оценена динамика его изменения на различных этапах формирования отвала. Установлено значительное влияние избыточного порового давления на устойчивость сооружения. С учётом прогнозируемых гидрогеомеханических процессов разработаны рекомендации по организации комплексного мониторинга безопасности отвала, включающего в себя автоматизированный гидрогеологический мониторинг с применением датчиков порового давления, деформационный контроль по реперным линиям и скважинным инклинометрам, а также инженерно-геологический и технологический контроль.

Поспехов Г. Б., Кутепов Ю. Ю., Кондакова В. Н. Мониторинг гидрогеомеханических процессов при складировании в отвал отходов углеобогащения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 2. – С. 99–113. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_2_0_99.

Поспехов Георгий Борисович¹ — канд. геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: pospehov@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-9090-5150,
Кутепов Юрий Юрьевич¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Kutepov_YuYu@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-3698-3072,
Кондакова Вероника Николаевна¹ — младший научный сотрудник, e-mail: Kondakova_VN@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-4883-7972,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Кондакова В.Н., e-mail: Kondakova_VN@spmi.ru.

1. Бахаева С. П., Гурьев Д. В. Прогноз устойчивости насыпных дамб с учетом пространственной изменчивости прочностных свойств суглинистых грунтов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2020. — № 1. — С. 23—32. DOI: 10.15372/FTPRPI20200103.

2. Гендлер С. Г., Василенко Т. А., Степанцова А. Ю. Экспериментальные исследования параметров массопереноса в каменных углях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 9-1. — С. 135—148. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_ 91_0_135.

3. Marinina O., Nevskaya M., Jonek-Kowalska I., Wolniak R., Marinin M. Recycling of coal fly ash as an example of an efficient circular economy. A stakeholder approach // Energies. 2021, vol. 14, no. 12, article 3597. DOI: 10.3390/en14123597.

4. Oluranti A., Babatunde D. E., Isaac Fayomi O. S., Sadiku E. R., Popoola P., Moropeng L., Yahaya A., Mamudu O. A. A review on the impact of mining operation: Monitoring, assessment and management // Results in Engineering. 2020, vol. 8, article 100181. DOI: 10.1016/j.rineng.2020.100181.

5. Бурлуцкий С. Б., Танинкова В. С., Глазунов В. В. Уточнение оценки устойчивости оползневого склона с использованием материалов геофизических исследований // Инженерные изыскания. — 2020. — № 3. — С. 58—67. DOI: 10.25296/1997-8650-2020-14-3-58-67.

6. Hoy M., Doan C. B., Horpibulsuk S., Suddeepong A., Udomchai A., Buritatum A., Chaiwan A., Doncommul P., Arulrajah A. Investigation of a large-scale waste dump failure at the Mae Moh mine in Thailand // Engineering Geology. 2023, vol. 329, article 107400. DOI: 10.1016/j.enggeo.2023. 107400.

7. Кириченко Ю. В. Инженерно-геологические особенности формирования отвальных массивов // Горная промышленность. — 2002. — № 3. — С. 116—125.

8. Ческидов В. В., Липина А. В., Красноцветов М. А. Моделирование уровня техногенного водоносного горизонта в отвалах угольных разрезов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № S5. — С. 3—19. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_6_5_3.

9. Семячков А. И., Почечун В. А., Семячков К. А. Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 168—179. DOI: 10.31897/PMI.2023.24.

10. Гальперин А. М., Семенова Е. А. Прогноз геомеханических процессов на горных предприятиях на основе теории консолидации породных массивов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. — 2016. — № 2. — С. 111—120.

11. Kutepov Yu. I., Kutepova N. A., Karasev M. A., Vasilieva A. D., Kutepov Yu. Yu. Hydrogeomechanical processes in development of spoil dumps and hydraulic fills / Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses. Vol. 2, CRC Press, 2018, pp. 1—7.

12. Cheskidov V., Kurenkov D., Lipina A., Grobler H. Slope monitoring systems design for mining enterprises // E3S Web of Conferences. 2020, vol. 174, no. 2, article 01025. DOI: 10.1051/e3sconf/ 202017401025.

13. Жерлыгина Е. С., Мустафин М. Г., Васильев Б. Ю., Николаев Р. В. Методика определения линейных параметров процессов сдвижений по цифровым моделям рельефа при разработке хибинских месторождений апатит-нефелиновых руд // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 97—103. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.14.

14. Глазунов В. В., Бурлуцкий С. Б., Шувалова Р. А., Жданов С. В. Повышение достоверности 3D-моделирования оползневого склона на основе учета данных инженерной геофизики // Записки Горного института. — 2022. — Т. 257. — С. 771—782. DOI: 10.31897/PMI.2022.86.

15. Kumar N., Verma A. K., Sardana S., Sarkar K., Singh T. N. Comparative analysis of limit equilibrium and numerical methods for prediction of a landslide // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2018, vol. 77, pp. 595—608. DOI: 10.1007/s10064-017-1183-4.

16. Кутепова Н. А., Мосейкин В. В., Кондакова В. Н., Поспехов Г. Б., Страупник И. А. Особенности инженерно-геологических свойств отходов углеобогащения в связи с их складированием // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 77—93. DOI: 10. 25018/0236_1493_2022_12_0_77.

17. Чукаева М. А., Матвеева В. А., Сверчков И. П. Комплексная переработка высокоуглеродистых золошлаковых отходов // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 97—104. DOI: 10.31897/pmi.2022.

18. Vasilenko T., Кirillov A., Islamov A., Doroshkevich A., Ludzik K., Chudoba D. M., Mita C. Permeability of a coal seam with respect to fractal features of pore space of fossil coals // Fuel. 2022, vol. 329, article 125113. DOI: 10.1016/j.fuel.2022.125113.

19. Пендин В. В., Фоменко И. К., Горобцов Д. Н., Никулина М. Е. Комплексное моделирование устойчивости откосов грунтовых отвалов // Горный журнал. — 2018. — № 11. — С. 92—96. DOI: 10.17580/gzh.2018.11.17.

20. Ческидов В. В. Гидрогеомеханический мониторинг состояния откосных сооружений // Горная промышленность. — 2017. — № 4 (134). — С. 78—80.

21. Павлович А. А., Хорева А. Ю. Определение прочностных свойств отвальной массы для оценки устойчивости откосов отвалов // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 55—61. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.08.

22. Makarov A., Livinsky I., Spirin V., Pavlovich A. Regulation of open pit slope stability in Russia / Proceedings of the 2020 International Symposium on Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering. 2020, pp. 155—164. DOI: 10.36487/ACG_repo/2025_05.

23. Belova M., Iakovleva E., Popov A. Mining and environmental monitoring at open-pit mineral deposits // Journal of Ecological Engineering. 2019, vol. 20, pp. 172—178. DOI: 10.12911/ 22998993/10543.

24. Бауков А. Ю., Павлов С. В. Использование автоматизированных беспроводных систем геотехнического мониторинга при строительстве объектов транспортной инфраструктуры // Транспортное строительство. — 2013. — № 12. — С. 4—7.

25. Engel P., Schweimler B. Development of an open-source automatic deformation monitoring system for geodetical and geotechnical measurements // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2016, vol. XL-5/W8, pp. 25—30. DOI: 10.5194/isprs-archives-XL-5-W8-25-2016.

26. Tabish R., Yang Z., Wu L., Xu Z., Cao Z., Zheng K., Zhang Y. Predicting the settlement of mine waste dump using multi-source remote sensing and a secondary consolidation model // Frontiers in Environmental Science. 2022, vol. 10, article 885346. DOI: 10.3389/fenvs.2022.885346.

27. Wasilewski S. Monitoring the thermal and gaseous activity of coal waste dumps // Environmental Earth Sciences. 2020, no. 79, article 474. DOI: 10.1007/s12665-020-09229-3.

28. Ponomarenko M. R., Kutepov Y. I. Mining complexity assessment to substantiate deformation monitoring at open pit mines // Journal of Mining Science. 2021, vol. 6, pp. 986—994. DOI: 10.1134/ S10627391210 60119.

29. Исмагилов Р. И., Захаров А. Г., Бадтиев Б. П., Сенин Н. В., Павлович А. А., Свириденко А. С. Использование (опыт тестирования) георадара на участке строительства крутонаклонного конвейерного комплекса на южном карьере Михайловского ГОКа // Горная промышленность. — 2020. — № 3. — С. 84—90. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-3-84-90.

30. Павлович А. А. Особенности геомеханического обоснования устойчивости бортов карьеров и откосов отвалов с учетом ФНП № 439 // Маркшейдерский вестник. — 2022. — № 2. — С. 7—14.

31. Бахаева С. П., Тур К. А., Илюшкин В. Д. Геомеханическое обоснование устойчивости отвала при совместном складировании вскрышных песчано-глинистых пород и отходов обогащения // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2020. — № 4. — С. 49—59. DOI: 10.26730/1999-4125-2020-4-49-59.