Шляхи підвищення ефективності геотехнічного супроводження зведення піщаних подушок

 

 

 

Винников Ю. Л., д. т. н., проф., Лопан Р. М., асистент (Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, м. Полтава)

Винников Ю. Л., д. т. н., проф., Лопан Р. Н., ассистент (Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, г. Полтава)

Vynnykov Y. L., doctor of technical sciences, professor, Lopan R. M., assistant (Poltava National Technical University named in honor of Yuri Kondratyuk, Poltava)

 

Наведено шляхи підвищення ефективності геотехнічного супроводження зведення подушок з розкривних пісків: урахування взаємозв’язку між фізичними і механічними характеристиками ґрунтів; побудова ізополів їх механічних властивостей в плані й за глибиною масиву та ін.

Даны пути повышения эффективности геотехнического сопровождения устройства подушек из вскрышных песков: учет взаимосвязи между физическими и механическими характеристиками грунтов; построение изополей их механических свойств в плане и по глубине массив и др.

Directions of rise the efficacy of geotechnical accompaniment of sand cushioning of overburden sand are offered: calculation the relation between physical properties and mechanical soil characteristics; the picture of isolines of mechanical properties at plan and depth of massif and so on.

 

Ключові слова:

Пісок, укочування, подушка, взаємозв’язок

Песок, укатка, подушка, взаимосвязь

Sand, rolling, cushion, relation

 

Вступ. Попередній досвід [1 – 3] свідчить про доцільність використання відходів гірничо-збагачувальних виробництв, зокрема розкривних порід, у якості матеріалу штучних основ, та певний недолік норм стосовно піщаних подушок полягає у відсутність вимог із визначень механічних властивостей ущільнених ґрунтів при геотехнічному супроводженні зведення цих масивів.

Підвищити якість і надійність проектування та зведення геомасивів з ущільнених розкривних порід можливо удосконаленням геоінформаційних технологій [4 – 8]: створення регіональних геоінформаційних баз даних; урахування взаємозв’язку між фізичними і механічними характеристиками ґрунтів; складання карт територій за характерними ґрунтовими комплексами; ізополів механічних властивостей ґрунту в плані й за глибиною ділянки; розроблення 3D моделей ґрунтових умов майданчика; реалізація моделей імовірнісного опису розподілів випадкових величин властивостей ґрунтів природних і штучних масивів, тощо.

Аналіз останніх досліджень. Окремі концепції підвищення ефективності геоінформаційних технологій запропонували В. А. Барвашов, Г. Г. Болдирєв, М. С. Захаров, Р. А. Мангушев, В. М. Улицький, U. Antikoski та ін. [4 – 8].

Зокрема, корисною для проектування є побудова за даними польових і лабораторних досліджень механічних властивостей ґрунту кожного шару ізополів значень модуля деформації, кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення в плані та за глибиною масиву. Подібна графічна інформація, крім високої наочності й інформативності, дещо відрізняється від підсумків лінійної інтерполяції. З’явилась можливість при геотехнічному проектуванні врахувати розрахунком методом скінчених елементів (МСЕ) неоднорідність природного чи штучного масиву за площею і глибиною [5, 6].

Суттєво полегшити практичну реалізацію цієї концепції щодо подушок можливо використання визначених авторами графіків і рівнянь взаємозв’язку модуля деформації  , кута внутрішнього тертя  , питомого зчеплення   різних типів ущільнених розкривних пісків (мілкий; його суміш із супіском пилуватим; середньої крупності) з їх фізичними властивостями (питомий об’єм скелета ґрунту  ) з урахуванням параметрів укочування [8].

Автори також довели можливість коректного моделювання МСЕ за умов вісесиметричної задачі укочування піску. Маючи товщину відсипаного шару   і щільність скелету ґрунту   в ньому, розміри барабану котка, наявність (відсутність) у нього кулачків і задаючись зниженням поверхні шару під ним  , проектувальник отримує відповідну щільність скелету ґрунту, модуль його деформації та параметри міцності кожного шару подушки [9].

Базуючись на результатах цих досліджень, за мету роботи прийнято визначення шляхів підвищення ефективності геотехнічного супроводження зведення подушок з розкривних пісків.

Методика досліджень. За умов значних об’ємів (тобто, витримати вимоги норм з відбирання трьох зразків ґрунту в одному пункті на 300 м2 кожного шару після його укочування було дуже проблематично) розкривних пісків, що завозились з Єристовського та Лавриковського родовищ залізних кварцитів й пошарово укочувались вібраційними та пневматичним котками в подушку товщиною 4-6 м і площею 190 га під споруди електрометалургійного заводу ‘‘Vorskla Steel’’ прямого відновлення заліза потужністю 3 млн. т слябів на рік у м. Комсомольськ, апробовано такий алгоритм геотехнічного супроводження зведення подушок з розкривних четвертинних пісків мілких і середньої крупності, однорідних, місцями з домішками супіску пилуватого.

1. Безпосередньо в межах кожної карти для кожного шару піщаної подушки фіксувались:

- технологічні параметри процесу укочування, тобто початкова товщина кожного шару відсипаної породи  ; зниження його поверхні під котком  ; кількість проходів котка за одним слідом; геометричні розміри барабану, наявність (відсутність) у нього кулачків, режим роботи котка тощо;

- властивості ґрунту: гранулометричний склад і вологість піску; початкова щільність скелету ґрунту   після відсипання та розрівнювання шару.

2. За даними моделювання МСЕ [9] автори виконали багаточинниковий математичний аналіз впливу на максимальне (безпосередньо під котком) і мінімальне (на підошві шару) значення щільності скелету ґрунту (відповідно   та  , т/м3) чинників: 1) початкової щільності скелету ґрунту в межах кожного шару після його відсипання та розрівнювання