КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОДНОГО ОТВАЛА

Породный отвал бывшей шахты № 13-бис (шахта «Аютинская») расположен на территории пос. Аюта г. Шахты Ростовской области.

Шахта №13-бис сдана в эксплуатацию в 1937 году и отрабатывала угольный пласт i³_н. Уголь относится к антрацитам и использовался в качестве энергетического сырья и для бытовых нужд. В 1962 году горные выработки шахт № 13, 14, 19 и 21 были объединены в шахту «Аютинская», на территории промышленной площадки которой находится настоящий породный отвал.

Ближайшими населенными пунктами к промышленной площадке ликвидируемой шахты «Аютинская» также являются поселки Таловый, Старокирпичный, Шахтинский. Участок работ пересекают две автомобильные дороги с асфальтовым покрытием, соединяющие пос. Аюта с пос. Таловый и г. Шахты. Кроме того, с севера участок огибает железнодорожное полотно, ближайшая железнодорожная станция – «Горная».

Ситуационный план местоположения отвала представлен на рис. 1.

Отвал эксплуатировался в 1957-1974 г.г. Формирование отвала проводилось по классической в то время схеме – вагонетками с одноконцевой откаткой по технологической рельсовой дороге. Объем складированной породы составлял 1152,6 тыс. м³.

Основание отвала имеет довольно правильную, близкую к овальной, форму, вытянутую с понижением в юго-восточном направлении. Площадь основания составляет - 4,76 Га.

Ранее отвал имел коническую форму с двумя вершинами, одна из которых подчинена другой по высоте. Максимальная высота основной вершины – 57,0 м, высота подчиненной вершины – 21,4 м. Углы откосов в северной части отвала достигали 43° в юго-восточной - 24°.

В 2009 году подрядной организацией ООО «Витязь» выполнялись работы по тушению и переформированию породного отвала с понижением его высоты до отметки +165 м (отметка северного конуса составляла +200м). При этом обширный очаг горения оказался ниже вновь образованной верхней плоской вершины. При переформировании отвала также было обнажено большое количество углефицированных породных масс, что может, при прекращении работ по тушению, длительное время поддерживать процессы горения. Объем породного отвала в настоящее время составляет порядка 806 тыс. м³.

Древесный, кустарниковый и травянистый покров на склонах отвала полностью отсутствует, в нижней части восточного склона имеются одиночные деревья, у северо-восточного подножия. Южные и западные подходы к подножию отвала поросли камышом.

Район расположения отвала представляет собой безлесную, слабовсхолмленную степную равнину с урбанизированным ландшафтом. Поверхность основания породного отвала имеет уклон в северо-западном направлении под углом 1-3°. Абсолютные отметки основания отвала составляют +136,5…+137,5 м.

Согласно СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», территория участка относится к III В климатическому району. Климат района умеренно-континентальный с малоснежной, холодной зимой, жарким сухим летом, резкими колебаниями суточных и сезонных температур, частыми сухими ветрами, незначительным количеством атмосферных осадков, повышенным испарением и низкой относительной влажностью.

По данным наблюдений на метеостанции города Шахты, среднегодовая температура воздуха +7,9°С.

Самый холодный месяц – январь (среднесуточная температура -7°С). В отдельные годы наблюдалось значительное понижение температуры.

Наиболее теплый месяц – июнь (среднесуточная температура +22,5°С). Летом температура воздуха может подниматься значительно выше средних значений. Абсолютный максимум температур равен +42,4°С.

Средняя многолетняя глубина промерзания почвы в период устойчивых зим составляет 0,51 м, максимальная – 0,90 м.

Нормативная ветровая нагрузка района – 38 кгс/м².

В течение года преобладают ветры восточного направления. Летом несколько возрастает повторяемость ветра с западной составляющей. Среднегодовая скорость ветра 4,8 м/сек, однако, в феврале-марте наибольшая среднемесячная – 6,3 м/сек, максимальная – до 25 м/сек.

Для оценки ветрового режима местности по розам ветров определяются преобладающее направление ветра (роза направлений ветров по повторяемости приведена на рис. 2).

В настоящее время продолжается горение породных масс практически на всей поверхности верхнего плато отвала. Вредные газы с интенсивно горящего породного отвала в зависимости от направления ветра распространяются на поселки Таловый и Аютинский, оказывая общее негативное воздействие на атмосферу.

2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ПОРОДНОГО ОТВАЛА.
ОПИСАНИЕ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

 

Значительные преимущества по выявлению очагов горения породных отвалов на ранних стадиях дает контроль их теплового состояния. Зачастую простым визуальным наблюдением невозможно выявить ранние признаки самонагревания и своевременно принять меры по недопущению распространения очага. Такие возможности по обследованию территорий породных отвалов с выявлением очагов и площадей горения предоставляет применение тепловизионных съемок при помощи беспилотного летательного аппарата и бортового тепловизора.

Суть метода заключается в аэрофотосъемке в инфракрасном диапазоне породных отвалов и последующей обработке полученных результатов с использованием программного обеспечения. Результат - построение температурных полей с привязкой к географическим координатам.

Для выполнения работ ЗАО «Институт «Шахтопроект» был заключен договор № 01-10-2010-БЛА от 01.10.2010. со специализированной организацией ООО «АФМ-Серверс». Полеты выполнялись 01.11.2010.

На борту беспилотного летательного аппарата было установлено следующее оборудование:

- Фотокамера Canon 5D (Canon 5D Mark II)с объективом Canon EF 50 F1.4 USM, разрешение съемки 5616х3744 (размер пиксела 5,3 см/пиксел при высоте полета 300м);

- Тепловизор (инфракрасная камера) Jenoptick в диапазоне 8-14 мкм с температурным разрешением 0.1°С и точностью не менее 1°С, (размер пиксела 45 см/пиксел при высоте полета 300 м).

Для обработки данных телеметрии использовалась компьютерная программа собственной разработки ООО «АФМ-Серверс».

Сшивка данных проводилась с помощью программы TopoAxis. Программа совместно обрабатывала снимки и информацию об их ориентировании в момент съемки. В итоге был сформирован файл в формате geo.tif с результатами обследования породных отвалов и 3D модель в формате KML. Результатом работы является геопривязанная растровая карта породного отвала с точностью привязки не менее 5 м.

Отчет ООО АФМ-Серверс» о тепловизионной съемке с помощью беспилотных летательных аппаратов приведен в Приложении 1.

На основании результатов тепловизионной съемки, с целью уточнения границ очагов горения пород, была выполнена температурная съемка породного отвала. Работы по тепловому обследованию и температурной съемке породного отвала выполнялись ООО «НТЦ «Геотехника» в соответствии с требованиям «Правил безопасности при обогащении и брикетировании углей (сланцев)» (ПБ 05-580-03) и «Методическим указаниям для проведения температурных съемок на породных отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик».

Температурная съемка породного отвала выполнялась в октябре-ноябре 2010 года при температуре окружающего воздуха от +14° до +21°С. Рекогносцировочные работы (предварительное тепловое обследование) на поверхности отвала выполнялись с использованием радиационного термометра (пирометра) «Raynger» МТ6, предназначенного для дистанционного измерения температуры бесконтактным методом.

На участках отвала, где температура поверхности превышает общую фоновую более чем на 5°C и близка к 45°C, для определения теплового состояния пород температура измерялась в шпурах на глубине 0,5 м от поверхности.

Замеры температуры на участках с температурой более 45°, в очагах горения и в оконтуривающих точках производились на глубинах: 0,1; 0,5; 1,5 и 2,5 м от поверхности. Точки замера для оконтуривания зон повышенных температур выбирались через 10-20 м. Для устройства шпуров и установки термопар слой покрывающего суглинка зачищался на всю глубину.

Шпуры проходились на глубину до 2,5 м с использованием механического бура ВТ20 и вручную, забивным способом, пешнями диаметром 40 мм с помощью молота и забивной бабки.

Температура пород в шпурах измерялась термоэлектрическими преобразователями ТХА/1-2388 (хромель-алюмелевые термопары) длиной 0,5; 1,0; 1,6 и 2,5 м. Фиксация показаний термопар производилась с помощью портативного прибора - измерителя температур ИТП-1ХА1/1000 №032.

Для теплового обследования породного отвала выполнены температурные замеры в 82 точках. Результаты температурной съемки породного отвала на глубине 2,5 м представлены на рис. 2.

Для более объективной оценки распространения очагов горения пород построены вертикальные разрезы I-I и II-II, которые приведены на рис. 3, 4.

Кроме температурной съемки, с целью получения полных и достоверных данных о состоянии породного отвала, необходимых для принятия основных технических решений, корректировки проектной и рабочей документации по объекту «Тушение породного отвала шахты им. газеты «Комсомольская правда» ОАО «Ростовуголь» (шахта им. газеты «Комсомольская правда») выполнен комплекс инженерно-изыскательских работ и обследований:

­ инженерно-геодезические изыскания породного отвала и прилегающей территории в границах механической защитной зоны;

­ отбор породных проб с породного отвала для определения физико-механических характеристик и отдельных химических показателей горной массы (зольность, содержание серы);

­ определение вредных примесей в составе атмосферного воздуха (в т.ч. показателей запыленности) у очагов горения и на границе санитарно-защитной зоны.

Данные работы производились ООО «НТЦ «Геотехника», лабораторией анализа качества угля ООО «ЮжТранс» и лабораторией ООО «Экологические технологии» под руководством специалистов ЗАО «Институт «Шахтопроект».

Методика и порядок ведения инженерно-геодезических изысканий регламентированы требованиями СНиП 11-02-96, СП 11-104-97, РСН 72-88 и другими нормативными документами. Работы выполнялись в местной системе координат, система высот - Балтийская.

Выполненный комплекс топогеодезических изысканий включает:

­ анализ и систематизацию существующих топогеодезических материалов;

­ рекогносцировку участка работ и пунктов государственной геодезической сети;

­ проложение ходов полигонометрии для передачи координат и высот на точки съемочной сети;

­ тахеометрическая съемка породного отвала;

­ камеральная обработка полевых измерений;

­ вычерчивание плана породного отвала и территории механической защитной зоны масштаба 1:500 с сечением горизонталей через
0,5 м.

Для выполнения тахеометрической съемки использовался комплект электронного тахеометра Sokkia SET630R, обработка и уравнивание съемки произведено с помощью программы MapSuite+.

По результатам выполненных работ составлены цифровые топографические планы для дальнейшего использования и вычерчивания на бумажной основе.

Для определения гранулометрического состава, зольности и содержания общей серы породной массы, слагающей породный отвал, методом шурфования были отобраны пробы перегоревшей, нагретой и негоревшей породы.

При отборе проб материала породного отвала для проведения ситового анализа использовался валовый метод опробования. С целью получения наиболее точной характеристики гранулометрического состава породной массы отвала, в характерных участках по сетке 10×10 м, распределялись точки опробования. В каждой точке опробования проводилась зачистка верхнего слоя суглинка и выветрелой породы на общую глубину 0,5 м, а затем со дна небольшого шурфа отбиралась точечная проба согласно ГОСТ 2093-96 «Ситовый метод определения гранулометрического состава». Точечные пробы по каждому из участков опробования накапливались в объединенную пробу, по которой в Лаборатории анализа качества угля ООО «ЮжТранс» (свидетельство № Р016 от 28.10.2010) был определен гранулометрический состав и произведены анализы зольности и содержания серы.

Для определения состава воздушной среды на породном отвале (плоская вершина) и на удалении 100 м от него к северо-западу с подветренной стороны при скорости ветра 0,5 м/сек промышленно-экологической лабораторией ООО «Экологические технологии» (Аттестат аккредитации №РОСС RU.0001.515773) 15.11.2010 г. были взяты пробы воздуха.

По пробам определено содержание основных компонентов продуктов горения и взвешенных частиц (пыли).

Технический отчет ООО «НТЦ «Геотехника» о выполненных инженерных изысканиях и обследованиях приведен в Приложении 2.