автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Формирование отвальных массивов при отработке крупных угольных брахисинклиналей

Р г в од

На правах рукописи

СУПРУН Валерий Иванович

УДК 622.271.4

ФОРМИРОВАНИЕ ОТВАЛЬНЫХ МАССИВОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУПНЫХ УГОЛЬНЫХ БРАХИСИНКЛИНАЛЕЙ

Специальность 05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

■Научный: консультант:

Академик РАН РЖЕВСКИЙ В. В.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, .проф. ГАЛЬПЕРИН А. М., докт. техн. наук ЛУКЬЯНОВ А- Н„ докт. техн. наук,-проф. КАШПАР Л. Н.

Ведущая организация—ИГД им. А. А. Окочинского.

Защита диссертации состоится '996 г.

в //Л час. на заседании диссертационного совета Д-053Л2.01 при Московском государственном торном университете ¡по адресу: 117935, г. Москва, Ленинский .проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » . . 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, тгроф. БУБИС Ю. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основой технического »прогресса в горнодобывающей промышленности является- расширение области 'применения открытых разработок, что обеспечивает улучшение результативных показателей добычи основных видов минерального сырья.

Многие перспективные ал я открытой разработки угольные месторождения, такие, как Таллинское, Нерюнгрпнское, Шу-баркольское, Борлинское, Экибастузское, Назаровское, представлены крупными брахисннклиналями с концентрацией запасов угля до 8—14 1млрд. т па площади 70—Ф20 КМ2. Открытая разработка таких месторождений характеризуется созданием ¡внешних и внутренних отвальных породных массивов объемом до 30—40 млрд. м3. Геологическое, рельефообразую-Ш'ие и биосферные изменения, вызванные появлением крупных отвальных массивов, по многим параметрам превышают крупные природные процессы, происходящие .в литосфере. Недостаточный учет инженерно-геологических и «тематических факторов ггрн формировании таких массивов может вызвать серьезные нарушения природных акосистем в регионах производства горных работ. Параметры техногенных массивов тесно взаимосвязаны с порядком разработки угольных брахисин-'К.тиналей и технологией укладки вскрышных 'пород. В определенных зонах отвальные (массивы отрицательно воздействуют на естественные системы., в то время (как в других, идет интенсивная ассимиляция данных техногенных объектов природными ландшафтными структурами.

Основой совершенствования разработки крупных уголь-ньгх брах'нсинклиналей являются детальное обоснование и учет взаимодействия создаваемых на их -базе геотехнических систем с природными системами региона открытой разработки.

Сущность работы заключается в раскрытии взаимосвязей между техногенными и природными процессами, происходящими в теле и на поверхности отвальных массивов, создаваемые при отработке крупных угольных брахисинклнналей, и совершенствовании технологии их формирования для регионов с аридным климатом.

Целыо работы является обоснование технологии формирования техногенного рельефа и частично ландшафта во взаимосвязи с порядкам отработки крупных ¡угольны* брахисинклиналей па базе новых -методологических (представлений об отвальных ¡массивах.

Идея работы состоит ¡в рассмотрении отвального ¡массива как техногенной экосистемы, динамично меняющейся ¡под воздействием технических и природных факторов.

Объект и методы исследований. Объектом исследований являются отвальные массивы, формируемые при открытой разработке -крупных брахисинклиналей в сухостепны.х ландшафтных структурах с явно ¡выраженным аридны!м климатом. При выполнении работы использовались рентгеноструктурные фазовые анализы, модельные аэродинамические исследования, ..методы снежной съемки и аэрофотосъемки, математического анализа н моделирования, математической статистики, геометрического анализа карьерньпх полей и технико-экономического анализа.

Научные положения, представленные к защите:

1. Комплексное обоснование технологии формирования отвальных ¡массивов, включающее установление порядка отработки крупных .угольных брахисинклиналей с определением соотношения доли внешних н ¡внутренних отвалов, параметров стационарных отвальных поверхностей и способов их освоения с .учетом 'климатических особенностей региона открытой разработки, схем ¡вскрытия и пространственно-компоновочных решений генерального плана.

2. Техгюлоличеокие, климатические и инженерно-теологические факторы, оказывают решающее ¡влияние па формирование техногенного чехла ч .микросред, .меняя дефляционные характеристики поверхностей отвальных .массивов, что не ¡позволяет рассматривать их ¡как «площадной» источник загрязнения естественные экосистем, так как основными источниками пыления являются разгрузочные точки и прпбровочные зоны подветренных бортов отвальных ярусов.

3. Интенсивность ассимиляции отвальных массивов находится в ¡прямой зависимости от характера микросреды, формируемой под влиянием технологических процессов укладки вскрышных пород. Для регионов с аридным климатом характер .микросреды определяется сочетанием солнечны,х и ветровых экспозиций, а интенсивная ассимиляция отвальных массивов обеспечивается в случаях, когда их техногенный чехол оформляется одновременно с формированием стационарного контура.

4. Конечная, высота отвалыных массивов, формируемых при отработке крупных брахисинклиналей, не должна иметь ограничений по факторам выноса частиц ветролесчаного и

ветропылевого потоков. Она определяется рациональными морфологическими элементами отвальных поверхностей, (генеральный угол ветроуцарных и подветренных склонов, радиусы сопряжений и т. д.), а также объемами складирования вскрышных пород.

5. Воздействие отвальных -массивов угольных карьеров на природную среду распространяется, на расстояние не более 1,0—1,5 км. С течением времени оно прогрессивно ослабевает вследствие изменения дефляционных характеристик отвальных поверхностей и параллельно развивающихся процессов ассимиляции техногенных структур.

6. Установлено, что при стабильных качественных характеристиках угольного массива начальная зона разработки крупных асимметричных брахисинклиналей с наклонным падением пластов на въгходах должна тяготеть к замковые участкам складки.

7. При отработке от замковых зон направление углубки и направление выхода в зону формирования внутренних отва-' лов на первом этапе совпадают. Вследствие этого в качестве критерия развития горных работ на первом этапе можно использовать минимальный текущий коэффициент вскрыши. Второй этап отработки начинается с глубины (периода), когда текущие коэффициенты вскрыши для карьерных полей, не вовлеченных в отработку, становятся меньше аналогичного показателя на отрабатываемых карьерных полях.

Начиная со второго периода, для определения направления развития рабочей зоны карьера необходимо использовать критерии и .методы, учитывающие преимущества складирования вскрышных пород в выработанном пространстве карьера, что позволяет определить соотношение объемов пород, размещаемых во внешних и внутренних отвальных массивах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются сходимостью результатов теоретических исследований с данными экспериментов в производственны* условиях, (материалами рентгено-структурньях фазовых анализов, снежной съемки и аэрофотосъемки, аэродинамического моделирования, полевых геоморфологических исследований, фундаментальными законами естественных наук, многовариантными расчетами по разработанным программам с использованием ПЭВМ, технико-экономическими обоснованиями, выполненными на стадиях рабочего проектирования, а также внедрением результатов исследо*-ванин в производство на объектах ПО «Экнбастузуголь» («Экнбастузкомнр»), ПО «Карагандауголь» и в проектных институтах.

Научное значение работы состоит в:

установлении закономерностей изменения скоростей ветровых 'потоков и турбулентных пульсаций для ветроударньи и

подветренный отвальные бортов три различной морфологии склоновых поверхностей;

формировании ¡представлений о 'микросредах, оформляющихся под влиянием отвальных .массивов;

систематизации качества техногенных ¡поверхностей ('применительно к регионам аридного климата) «а базе характеристик микросреды, формируемой под воздействием отвальных массивов, являющейся основой избирательного освоения различных экспозиции техногенного рельефа и комплекса ре-культивационных работ;

разработке закономерностей, определяющих площади и объемы выноса частиц из 'Контуров от.валыных 'массивов с учетом изменчивости во времени характеристик техногенного чехла, а также комплекса аэродинамических и .кли/матичеоких факторов;

разработке технологии формирования техногенного рельефа и частично ландшафта во взаимосвязи с ¡порядком отработки «рупных брахисимклина'лей,

Практическое значение работы заключается в использовании выявленных закономерностей и разработанных ¡методических положений диссертации при .проектировании отвальных массивов, что позволяет снизить их отрицательное воздействие на естественные природные системы 'и расширить область применения открытого способа разработки крупных угольных брахисинклиналей.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Внедрен в производство рекомендуемый (порядок отработки Э'кибастузакой брахисиивлиналм, благодаря чему обеспечивается ускоренный ^переход к формированию внутренних отвальных массивов в южной замковой зоне складки. Данный порядок базируется на прирезке двух новых карьерных полей (№ 4 и № 9) с объемами добычи угля 14 млн. т/год. Реализация 'предлагаемого порядка отработки позволяет увеличить объемы складирования вскрышных пород в выработанном .пространстве с 3,7 до 5,4 «лрд. м3.

На карьерах «Э.кибастузкомир» впервые в горной практике создана транспортная схема (траншея глубиной 90 м, ¡породная и отвальная станции), расположенная во внутреннем контуре брахисинклинали, что позволило снизить па 20% размеры «техногенного пятна», формируемого отвальными массивами вокруг Экибастузского ¡месторождения.

Реализованы в проектной >и горной .практике технические решения .по ускоренному формированию стационарных контуров и техногенного чехла отвальных массивов с .помощью опережающих отвальных насыпей (отвалы «Прибортовой», «Фестивальный», «Ковыльный», «Степной», ПО «Экибастужо-мир»).

Внедрены в 'производство технические решения по засыпке «мертвых зон» внешних отвалов ГАО «Зкибастузкомир» и разреза «Борлчшский», расположенных -под отвальными въездами, что привело -к снижению на 17% площади нарушенные земель в контурах горного отвода.

В генеральной схеме развития и комплексного освоения Эк-ибастузс1кого угольного месторождения реализованы )прин-ципы формирования внешних отвалов высотой '170—2)10 <м, морфология и схемы создания которых позволяют интенсифицировать их ассимиляцию естественными природными системами региона.

В ТЭО отработки разрезов «Березовскийч1—2» реализованы рекомендации по последовательности формирования от-вальны-х массивов с засыпкой остаточных карьерны.х выемок для создания нерасчлененного техногенного рельефа.

Научные положения и методические разработки диссертации вошли составной частью .в учебники, учебные пособия и методические разработки Московского государственного горного университета.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на технических советах ИГД им. А. А. Скочинского, ГАО «Экибастузком-ир», институтов Карагандагапрошахт, МГГУ, научных конференциях ¡в г. Валкеме (Греция, 1994), г. Аахене (Германия, 1995). Часть результатов работы была представлена в научно-исследовательской работе, которая удостоена премии Московского комсомола. Научная работа по обоснованию рационального порядка отработки и схем ¡вскрытия Экибастузского .месторождения, ¡в которую вошла часть 'исследований работы, была ¡удостоена второй премии по результатам конкурса научнькх работ Минвуза СССР ('1082). Исследования в части формирования отвальньих 'Массивов и транспортных схем разрезов ПО сЭиибастузуголь» вошли '.в итоговые материалы временного творческого коллектива «Поток», организованного то приказу Министра угольной промышленности СССР (1987—1988 гг.:), а также государственной научно-технической 'Программы «Экологически чистая энергетика» (1'989—1996 гг.).

Публикации. По те!ме диссертации опубликованы' 43 работы, в там числе 3'монографии, получены 2'патента.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, -тести глав и заключения, изложенных на '236 страницах машинописного текста, содержит 230 рисунков, 46 таблиц, приложения и список использованных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка высокоэффективных и экологически безопасных технологий, формирования отвальных .массивов является неотъемлемой составляющей совершенствования технологии открытых горных работ.

Большой вклад в обоснование технологии формирования отвальных массивов внесли академик В. В. Ржевский, доктора технических наук А. М. Гальперин, В. Д. Горлов, А. Ю. Дриженко, А. П. Красавин, А. Н. Лукьянов, Н. Н. Мельников, А. М. Михайлов, И. И. Попов, И. И. Русский,, П. И.То-маков, В. С. Хохряков, А. В. Хохряков, кандидаты технических наук Е. И. Васильев, В. А. Карельский, В. С. Коваленко, А. И. Курганов, В. В. Манкевич, Р. И. Ридель, Н. Н. Федоря-кин, А. М. Шарков, В. И. Чеокидов, работники производства Д. П. Мелехов, Л. А. Борзых, Г. П. Седов, В. И. Егорова и др.

Как показывает анализ проведенных исследований, опыта проектирования и открытой разработки крупных угольных брахисинклиналей и синеклиз, необходимо комплексное обоснование создаваемых на их базе геотехнических систем с природными ландшафтами региона разработки.

Геотехническая система (ГТС) —это образование физико-географической размерности, в которой как природные, так и технические части настолько взаимосвязаны, что функционируют в составе единого целого. Наиболее часто основой геотехнических систем, формируемых при отработке ¡крупных угольных б'рахиоинклиналей, являются объекты теплоэнергетики., Относительный вклад объектов горного производства в совокупное воздействие технической части ГТС на окружающие природные системы, как правило, незначителен по интенсивности и зоне распространения в сравнении с агрессиями крупной ТЭС (рис. 1).

Обзор исследований и ¡практика разработки крушных угольных ¡брахисинклиналей свидетельствуют, что при выборе морфологии отвальных массивов доминируют технические факторы. Такой подход во многом обусловлен недостаточными знаниями о взаимодействии природных и техногенных элементов геотехнических систем. На стадии проектирования отвальных массивов учитывается в основном нарушение земной поверхности как фактор агрессии горного ¡производства на естественные ландшафтные структуры региона разработки.

В наиболее общем виде формирование отвальных массивов я!вляется прологом создания и ¡последующего развития техногенной экосистемы, оформляющейся в чрезвычайно короткие промежутки времени. В силу этого она, в отличие от естественных систем, сформированных в геологических ¡масштабах времени, не обладает динамическим равновесием, что

■ведет к трансформации естественных ландшафтов и биосферных структур .региона разработки.

Критериями сосуществования техногенной и природной экосистем являются единовременное минимальное влияние техногенных элементов на существующие ландшафтные структуры и максимальное воздействие естественных процессов на техногенный объект, ускоряющие его ассимиляцию природной экосистемой.

Количественное выражение этих критериев и оптимизация на их базе основных параметров естественной и техногенной экосистем — сложнейшая и, возможно, дерешаемая задача. Тем не менее, установление взаимодействия и тенденций развития элементов природный и техногенных ландшафтны« структур, являющихся основой экосистем, полезно для теории и практики.

Методологически работа базируется на изучении динамики процессов, происходящих в отвальных массивах ,при формировании техногенного рельефа и частично ландшафта в конкретных природный условия«, ¡во взаимосвязи с порядком отработки крупны« угольных браяисинклиналей. Конкретные природные условия в работе представлены степными ландшафтными структурами с явно выраженным а'ридньйм ('засушливым) климатом.

Основные задачи работы, определяющие ее этаяыь:

1. Исследование изменений дефляциоинькх характеристик отвальных поверхностей (техногенного чехла) под влиянием комплекса климатических, петрофизических и геоморфологических факторов.

2. Исследование закономерностей обтекания вет-роударных и подветренных отвальных склонов воздушными потоками.,

3. Изучение выноса из контуров отвальных массивов породных частиц и их аккумуляции.

4. Исследование 'микросред, формируемых вокруг отвальных. массивов.

5. Исследование ¡взаимосвязей формирования отвальных массивов с порядком отработки крупных угольных брахиснн-кл'иналей.

Сроки возвращения техногенного объекта в лоно естественной экосистемы определяются интенсивностью его ассимиляции природной ландшафтной структурой. Известные горнотехнический и биологический этапы рекультивации, но существу, относятся к 'комплексу работ, ускоряющих интенсивность ассимиляции. Из-за отсутствия представлений о процессах взаимодействия техногенной и природной ландшафтной структур, масштабы рекультивации могут быть весьма значительными. В случая* же, когда формирование техногенной ландшафтной структуры осуществляется на основе установленных тенденций, масштабы рекультивационны>х работ мож-

но свести до минимума ил« вовсе исключить, что является 'дополнительным экономическим обоснованием необходимости новы:х подходов к формированию техногенного (рельефа, обеспечивающего эффективность, (последующих процессов ассимиляции .

Структуру отвальных массивов можно представить состоящей из нескольких оболочек и ядерной зоны. Верхняя оболочка (техногенный чехол) отвального массива подвергается прямому и интенсивному воздействию атмосферных (Процессов. Средняя (буферная) опосредованно подвергается воздействию атмосферных процессов,, а также процессов, 'происходящих 'внутри отвального 'массива. Ядерная зона в наибольшей степени (подвержена1 эндогенные процессам, возникающим три окислении уголь но-¡но родных смесей.

Первый этап работы 'посвящен вопросам изучения процессов в техногенном чехле отвального ¡массива и оптимизации основных морфологических элементов техногенных поверхностей.

В естественных равнинных ¡природных системах твердая наружная оболочка литосферы (коренные породы) .перекрыта рыхлым материалом — реголитом, наносами. Верхняя часть реголита изменена до почвы. Развитие реголита обусловлено изменениями физической формы, и химического состава ¡поверхностных -пород под воздействием ¡воздуха, воды и процессов выветривания.

Верхний слой отвальных ¡массивов .представлен техногенным грунтом, состоящим из смеси разнотипных пород,, поставляемых из вскрытых и отрабатываемых геологических горизонтов. Именно данный слой .пород несет на себе основную нагрузку «стихий» выветривания,

Угольные брахисинклинали характеризуются определенной совокупностью вмещающих пород и их минералов, связанной с (Процессами и условиями формирования ¡месторождений. Эта совокупность обусловливает протекание инженерно-геологических процессов, 'изменяющих дефляционные характеристики техногенного чехла.

Полевые наблюдения свидетельствуют, что в зависимости от температуры, .влажности и состава техногенных ¡пород на поверхностях отвального массива через 15—20 дней после его отсыпки формируется 'маломощная (1,5—2,0 мм) элюв.иаль-ная корка, эффективно (противостоящая ветровой эрозии. Через 2—3 -месяца мощность -корки .увеличивается до 10—20 мм.

Эксперименты в аэродинамических 'каналах, выполненные специалистами МГГУ и института НОТЭП, свидетельствуют, что при мощности элювиальной корки 1,5—2,0 мм критическая скорость в-етра, .при которой начинается ее разрушение, находится в интервале 14—18 м/с. При ¡мощности коры свыше 10 .мм ее разрушения .не 'происходит даже при скоростях $

ветрового потока 30 .м/с. Это позволяет утверждать, что хорошо развитая элювиальная кора эффективно защищает от дефляции -поверхность отвального массива.

Цементирующей основой элювиальной коры являются глинистые минералы, генетически связанные с вмещающими породами угольных брахисинклиналей. Образование коры идет по следующим направлениям:

выбывание глинистых минералов из исходных пород н грунтов и обогащение ими техногенных поверхностей;

химическое выветривание (гидролиз) исходных техногенных пород, сопровождающееся, в свою очередь, образованием глинистых -минералов.

Полевые исследования свидетельствуют, что первый процесс. доминирует.

Выполненные ренттеноструктурные фазовые анализы на рентгеновском дифрактометре ДРОН-2 свидетельствуют, что основными исходными глинистыми минералами пород, -поступающих на отвалы, являются каолинит, монтмориллонит, бел-л-нт, алл-ит. Эти минералы цементируют разрушенные и разрыхленные отвальные породы под действием природных факторов (выпадение осадков, изменение влажности, температурного режима и др.). Поэтому процесс формирования элювиальной коры начинается под воздействием естественной влажности пород и суточных пиков влажности.

Относительная интенсивность дифракционных максимумов глинистых минералов (рис. 2) в образцах исходных техногенных пород (группа I), угля (группа II) и горельников ядерной зоны отвала (группа III) позволяет дать количественное объяснение фактам, зафиксированным при полевых испытаниях. Малая интенсивность или отсутствие элювиальной коры на поверхностях отвального массива, отсыпанных углем, в зонах вскрытых горельников (ядерная зона), объясняются резким снижением здесь доли -глинистых минералов. В случае угля это обусловлено его природными составляющими компонентами. В случае горельников -уменьшение доли глинистых компонентов обусловлено химическими изменениями, произошедшими в ядерной зоне под влиянием эндогенных процессов.

Результаты лабораторных и полевых исследований свидетельствуют, что основным экранирующим элементам, защищающим отвальный массив от ветровой эрозии, является верхний слой техногенного чехла с хорошо развитой элювиальной корой. При его вскрытии обнажаются породы буферной зоны и горельники ядерной зоны, не способные эффективно образовывать элювиальную кору из-за снижения в них глинистых компонентов.

Отсюда следует важный -вывод, что защитный техногенный чехол отвальных массивов должен оформляться «начи-

сто» в процессе их формирования и не нарушаться на последующих этапах производства горных работ.,

Технология формирования отвального массива должна исключить. .разрыв во времени .между созданием стационарных техногенных поверхностей и их экранированием породами реголита и почвенного слоя, что обеспечивается равенством годовых темпов этих ра'бот. Исследования свидетельствуют, что наиболее эффективным способом управления темпами формирования стационарных техногенных поверхностей является применение опережающих отвальных насыпей (рис. 3). Искусственное повышение темпов формирования стационарных поверхностей посредством опережающих насыпей целесообразно планировать лишь на определенный, иногда весьма непродолжительный период. На завершающих этапах отвалооб-разовання необходимость в создании опережающих насыпей отпадает из-за повышения темпов выхода бортов отвала на предельный контур. В работе установлены закономерности изменения ¡протяженности опережающих насыпей от начальной до финальной стадий формирования отвального массива.

Впервые в горной практике техническое решение по использованию опережающих насыпей реализовано с участием автора в проектах и реальной практике отработки Экибастуз-ской и Борлинской брахисинклиналей.

Одним из главных 'морфологических параметров техногенных отвальных массивов является их высота. В настоящее время распространено мнение, что высота техногенных массивов должна ограничиваться величиной 80—90 м по критерию выноса пылевьих частиц. При этом существующие .методики ГОС'КОМГИДРОМЕТа и горнодобывающей отрасли исходят из условия,,, что внешний отвал является площадным источником загрязнения.

Исследования дефляционных -процессов позволили установить, что главными причинами завышенной оценки выносов твердых частиц с техногенных поверхностей отвалов являются:

недостаточные представления о взаимодействии отвальных поверхностей с ветровыми ¡потоками, что ведет к неправомерности заимствования методических положений по эрозии почв для ¡морфологически иного объекта, где аэродинамический фактор имеет важнейшее ¡значение;

отсутствие эффективного учета изменений дефляционных характеристик отвальных поверхностей под влиянием комплекса инженерно-геологических, климатических и геоморфологических факторов, ¡которые ведут к формированию элювиальной коры, обогащению техногенных склонов крупнокусковым материалом, ассимиляции отвальных массивов природными ландшафтными структурами.

1акопление основных загрязнений снега га аиишй период в геотехнической системе, сформированной на базе Экибастузского топливно-энергетического комплекса (цифры изогипс показывают поступление пыли (золы) к земной поверхности в т/км2)

отвалы, карьеры; 2 - населенный пункт; 3 - тепловая электростанция.

Способ внешнего отвалооСразования с использованием двух опережающих насыпей, обеспечивающих ускоренное формирование стационарных поверхностей отвала

1 - породная станция; 2 перегон главных железнодорожных путей; 3 - въезд на отвал; 4, 5 - первый и второй ярусы отвала; 6, 7 - отвальные тупики первого и второго ярусов; 8 - опережающие насыпи; 9 - предельный контур отвала; : 10 - стационарный участок/ сформированный на подветренном склоне опережающей насыпи с нанесением реголита и почвенного слоя; 11- направление развития опережающих насыпей; 12 - направление ветра. . ,

Вышеуказанные "положения требуют формирования представлений о выносе и осаждении твердых частиц, основанных на более полных знаниях о взаимодействии отвальных .массивов с обтекающими ветровыми -потоками, и изменениях, возникающих под влиянием комплекса инженерно-геологических, геоморфологических и климатических факторов.

Совместный учет закономерностей гравитационной дифференциации горных пород и аэродинамических процессов обтекания поверхности отвального яруса позволяет создать качественную картину выноса частиц и определить размеры и характеристики зон отвального откоса, обладающих различной устойчивостью к дефляции.

Представление о работе -ветра можно получить, обратившись к единому аналитическому выражению для определения расхода (г/м-с) ветропесчаного потока— уравнению Бэг-нольда:

п Я к - УнУ - {уй - У,гаГ

1п-

К

где к,,, И/,„ — скорости ветрового потока, измеренные на высотах /г и /¡о (причем /г>/г0), м/с; и0 — скорость начала -переноса частиц (пороговая скорость), м/с; (1Ср —средний размер частиц, м; й0 — диаметр сферы, равновеликой по объему типичной реальной твердой частице, р—плотность

ветрового потока; В — безразмерная константа, зависящая от характеристик воздушного потока и обтекания частицы.

Показатель работы ветра может быть рассчитан по выражению

¡а

А = 2-vS.fi, (2)

¿=1

где и1 - редняя скорость ветра данной градации, .м/с; / — средняя продолжительность действия ветра в год, сут.; т — число градаций скорости (1-Е{[ \ т}) \ п — — показатель степени, определяемый гранулометрическим составом эродируемого грунта.

Приведенные выражения можно использовать для оценки ветровой эрозии плоских поверхностей со стабилизированным гранулометрическим составом переносимого материала (снег, песок, тонкодисперсный -материал хвостохранилищ и т. д.). Вместе с тем откос отвального яруса этими -условиями не обладает из-за существенно различных характеристик гранулометрического состава и ветрового потока по его высоте.

Дешифровка и статистическая обработка.данных зимней аэрофотосъемки отвальных массивов в регионах Центрального Казахстана и Восточной Сибири свидетельствуют, что зона интенсивной дефляции отвальных поверхностей располагается непосредственно в прибровочной части склона. Ширина зоны составляет 5—12% длины склона.

Дефляция в этой,'зоне поставляет до 90—95% твердых частиц в ветровой поток, обтекающий склоны. Из-за незначительных размеров зоны интенсивной дефляции динамическое равновесие потока не обеспечивается, т. е. не происходит насыщения потока.

Гравитационная дифференциация пород оказывает также существенное влияние на характер протекания водной эрозии. Стандартная картина развития водно-эрозионных рытвин предполагает увеличение сечения рытвины «сверху вниз», к базису эрозии. На отвальных склонах увеличению «живой силы» размывающего потока активно противостоит их техногенная структура, сформированная под воздействием процесса гравитационной дифференциации (сегрегации) горных пород. Это принципиально меняет морфологию эрозионных рытвин. Их раскрытие осуществляется не «сверху вниз», а «снизу вверх», т. е. от базиса эрозии к верхней бровке.

Формирование новых подходов к оценке дефляционной устойчивости отвальных поверхностей потребовало проведения аэродинамических исследований обтекания отвалов и учета влияния комплекса инженерно-геологических и климатических факторов на дефляционные характеристики техногенного чехла. МГГУ и институтом НОТЭП при непосредственном участии автора проведены аэродинамические модельные исследования параметров воздушных .потоков при обтекании отвальных массивов. Получены следующие основные результаты:

бермы на поверхности ветроударных бортов шириной (0,01-^-0,08)// (Н — высота яруса отвала) практически не влияют на коэффициенты давления и относительной скорости воздушного потока. Увеличение ширины берм более 0,08// изменяет скорости, потока и уровень турбулентных пульсаций на ветроударном склоне, при этом отмечается интенсивное уменьшение коэффициента давления на вершине. Расширение берм свыше 0,3Я ведет к снижению скорости и коэффициентов давления;

сопряжение верхней площадки уступа и откоса отвала за счет увеличения длины участка безотрывного обтекания потока снижает коэффициенты давления с —1,22 до —(1,0 при радиусе сопряжения 50 м и до —0,7 при радиусе сопряжения 100м;

вид кривых относительной скорости показывает, что склоны с углами ф от 10 до 20° вносят небольшие возмущения в

поток. Начиная с угла 30° скорость на вершине (над верхней бровкой) резко увеличивается. Уменьшение и увеличение углов относительно 30° снижает интенсивность эрозионных процессов на верхней бровке отвального массива. На высоте 0,7 м над верхней бровкой отвала относительная скорость увеличивается от 1,38 при ф=10° до 2,13 при ср = 30°. Для Ф = 50° относительная скорость снижается до 1,86;

изменение угла подветренного склона отвала практически не оказывает влияния на характер распределения относительных скоростей потока за моделью. Эффективная стабилизация воздушного потока происходит на расстоянии от склона B='(il'0-i-12)<Н. Восстановление упорядоченного движения потока происходит в интервале В — (4-^-5)Я. 'В зоне В =¡(0-^-3)Н преобладают турбулентные вихревые потоки. >

На базе выполненных аэродинамических экспериментов рекомендованы следующие рациональные значения элементов отвальных поверхностей, обеспечивающих их наибольшую дефляционную устойчивость:

генеральный угол ветроударного откоса отвала аг, градус, 20—25;

генеральный угол ошоса подветренного отвала (3, градус, 10—11;

радиус сопряжения верхней бровки отвала R, ,м, 150—200; ширина бермы между отвальными ярусами со стороны ветроударных склонов В, м, не более 0,1—0,08Н.

Формирование картины процессов дефляции отвальных поверхностей невозможно вне объективных «представлений о размерах зон выноса и осаждения частиц.

Морфология зон осаждения определяется гранулометрическим составам частиц и характеристиками ветрового потока в местах выноса. Длина пути осаждения частиц /0 (м) может быть определена из выражения

А) — Н- , (3)

vp

где Н — высота выброса частиц, м; vB—скорость набегающего потока воздуха на высоте Н, м/с; ур—скорость осаждения (седиментации) частиц, с которой они в газовом потоке падают под действием гравитационной силы, м/с. Для оценки объемов выноса пылевых частиц и морфологии зон осаждения используются данные снежной съемки и аэрофотосъемки. Анализ результатов снежных съемок местности, непосредственно контактирующей с отвальными массивами и разрезами, отрабатывающими Экибастузскую брахи-синклиналь, выполненных институтом ВНИИОСуголь в 1990—1991 гг., свидетельствует, что ширина коридора выноса частиц в направлении господствующих ветров составляет 800—1400 м (рис. 4).

• Оконтуривание зоны выноса можно выполнить по интенсивности снижения концентраций частиц в снежных кернах, располагаемых вдоль траисекты, заложенной по направлению господствующих ветров. Анализ данных снежной съемки свидетельствует, что в непосредственной близости от разгрузочной точки количество взвеси в снежном керне достигает 850—900 «г. На расстоянии 100 м концентрация снижается в 3,5—4 раза, а на расстоянии 500 м — в 26—30 раз. В интервалах расстояний 1,0; 1,2; 1,5 км градиенты изменения ¡концентраций резко падают и находятся на уровне фоновых значений. Данные результаты подтверждаются визуальной картиной зон осаждения частиц от холодных выбросов разгрузочных точек, наблюдаемых на снимках зимней аэрофотосъемки. Видимая часть шлейфа осаждения частиц ,по направлению господствующих ветров составляет 500—800 ¡м. На основании обработки материалов снежных съемок в Экибастузском бассейне установлена зависимость снижения концентраций частиц от ¡погрузочной точки по длине трансеки (рис. 5).

Полученные результаты явились основой для обоснования нового ¡подхода к оценке объемов выноса и зон осаждения частиц ветропылевого потока. Основные его .положения:

отвальные массивы крупных угольных брахисинклиналей нельзя считать площадным источником загрязнения, что необходимо учитывать при расчете объемов выноса и зон осаждения частиц;

поступление в атмосферу частиц ветропесчаного и ветропылевого потоков осуществляется в основном из зон разгрузочных точек и верхних бровок отвальных ярусов;

эрозионные процессы на отвальных площадях с хорошо сформированной элювиальной корой (>3 мм) и на частично ассимилированных техногенных поверхностях находятся на уровне фоновых (на уровне эрозионных ¡процессов ненарушенных 'поверхностей естественных экосистем).

Установлена принципиальная картина обтекания отвала воздушными потоками (рис. 6), необходимая для формирования объективных представлений о процессах эрозии бровок и аккумуляции частиц.

Поток выноса частиц с единицы площади поверхности предлагается определять ¡по выражению

M = *-P-f-*-(vt — voy, (4)

где «— эмпирический коэффициент (0,004); Р — удельная величина сдува частнц с техногенной поверхности при критической скорости v0 (скорости начала переноса частиц), кг/м2-сутки; / — влажность пород, %; k — показатель степени (—0,7); и,- — фактическая скорость ветра на участке дефляции, м/с; и0 — пороговая скорость, м/с; п — показатель степени (3,7).

Параметр Р не является константой. Его значение определяется интенсивностью процесса формирования элювиальной коры и обогащения дефлирующей поверхности крупноблочным матерпал01м под действием ветрового потока, т. е. Р =

~f(t). Эта зависимость имеет вид

р

^ (5)

/е -¡- т1

где Ро — удельная величина сдува пыли со свежеотсыпанной техногенной поверхности, кг/м2-сутки; /е, т — эмпирические коэффициенты; /— время, месяцы.

Массовый поток выноса из основной О0 и локальных зон дефляции Оя может быть определен по выражению

М0 = 7.- я./-* • [(и, - ■ -{- К - V,)" • 52 +

4- - г»,)'' • + ... + - г»,)" ■ (6)

где v^ — скорость ветра над верхней бровкой отвала в основной зоне дефляции О0, м/с; и2, — скорость ветра над линиями верхних бровок промежуточных отвальных ярусов, м/с; — площадь дефляции О0 в основной зоне, м2; 5г, 5Л —площадь дефляции О л в локальных зонах, м2.

Параметры 5Ь 52, ..., определяются по выражению

5я = /„-т, (7)

где /„ — проекция периметра отвального яруса, м; т — ширина дефлирующей поверхности, м.

Таким образом, при использовании новых представлений о характере эрозионных процессов площадь дефлирующих по-

п

верхностей = ^ ¡¿-т. В то же время при представлении 1—1 ' об отвалах, как о площадном источнике загрязнения + 50Т, (5в — площадь верхней площадки отвала и площадок между отвальными ярусами, м2; 50Т —площадь откосов, м2).

Отношение объемов выноса частиц при использовании старых и новых представлений

С = + . (8)

¡=1

Величина С при характерных размерах отвальных массивов лежит в диапазоне от 900 до 2000. Эти цифры говорят сами за себя. Но есть еще один важный факт, который не учитывается при формировании методических подходов к оценке выносов частиц с отвальных массивов. Суть его заключается в том что, перенос частиц из зон дефляции бровок ветроудар-

ных склонов происходит внутрь отвала. При характерной длине зоны осаждения 1,4—1,5 -км и характерной ширине отвальных массивов 2,5—4,0 км частицы, выбитые со стороны ветроударных склонов не выходят за их контуры. Граница зоны осаждения данных частиц находится в средней части отвального массива. За контуры отвального массива выносятся лишь частицы, выбитые с бровок подветренных склонов, но расстояние их осаждения существенно меньше, так как ветровой поток здесь имеет другие характеристики..

Предлагаемая принципиальная картина зон осаждения частиц представлена на рис. 7.

При известном значении функции распределения концентраций частиц их массу в ¡пределах зоны осаждения предлагается определять по выражению

Уош = 2 • 1 /«. (А') х + 1КЛ • С /н,к (X) с!х +

Ф-З&КГл'Ю-1*. (»

где /и, (А')—функция распределения концентрации частиц, поставляемых из разгрузочных точек; ¡,„к (X) — то же для случая выпадения осадков; (,„э (X) — то же для участков, расположенных вне траектории движения разгрузочных точек (поставка частиц в этих зонах осуществляется исключительно за счет дефляции отвальных .поверхностей); Р„— периметр яруса, м; — длина

продвижения разгрузочной точки, м.

При соблюдении рекомендуемых технологии укладки вскрышных пород и ¡принципов проектирования генерального плана конечная высота отвальных массивов, формируемых при отработке крупных угольных брахисинклиналей, не должна иметь ограничений по факторам выноса частиц ветропы-левого и ветропесчаного потоков.

Применительно к отвальным массивам целесообразно ввести понятие о коэффициенте качества техногенного рельефа. Коэффициент качества техногенного рельефа, по сравнению с естественным рельефом, .предлагается определить по выражению

и

^ Р (а. т) РI, <*, т

-, (10)

^ Р(т., т)3/, а, т

¡-1

Распосктеиие иголиний концентраций частиц гокруг инеиних отваги«« массивов ЭкиЭастуэсксго бассейна по направлен® гос-1дстЕупдах гстров (западное и ыо-западное направленна)

1 - —— изолиния концентрации осевших частиц на уровне 50-60 кг/га; 2 - ---ОГЕИ>— то у.е на уровне 12-15 кг/га; 3 -динамическая роза ветров Зкибзстувского мастсратдгнкя.

К:мешше толичества пылк в спеша тернах, в зависимости от удаления точек отбора проб от границы отвзлъного мр-тсква (по трзлсекте, заложенной вдоль господствующего направления ветров)

Modol: v2=a+b'exp(-c*v1) у=(20.70817)+(9«.225)'ехр(-(С>-012М894)*х)

1 1 1 ! i

' S5S i

j j j i

| j i ! j

1 j j I j

12 | i ! /'

50 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 v1

Vi - расстояние от разгрузочной точки (борта отвала) в метрах'; V?. - количество пыли з снежных кернах, кг/га (фоновое значекиз 11-12 кг/га).

Рис. 5

§ о

Е-8

К к!

2 51

а о

х а;

И с

>. о

!=£ а.

3 Э" п) Р

0> к X с о га

я

9

5 о. е

зшл

ЩШ1:

со

о ' 3 а оя н<н О) о

(О »♦»

дш

к Я о. га о но оол

с. О >Я и

Шо о ж я уох

О ГО ф

о> о. е>к Е^

а О ф К (Я Н З- н

ф о о яяс

а о.ф — а Зо и о яз

о о.и <- га го с; га и; д V у а.^^.

Щ >. Я о о к со и а

¡д ж-'

К г? ™ 8.К я с,- Я Я £< 3 К

>. 01 О О) я а

3 га о гч ж >'

• «к о доь оно

8 л 3

Е- И И

О га го [.ко

О.М

коо

хм -

Я ¡О

« и а. о о С 1 Я о

я 53.

ко®

й-ЙО :

ч

... ' ей ЕГЗ о -о я к о

СО С0

Я О О С, Э' о £ч»> и ^ а а кя

3 к Я I

23 ^ геи

ОЯФ И о

о -

койиI к

О ь. 3 К •

0 о й га т и к «Йк

1 ф О ) о ч со ад н

оз о<йо а В I ж—• с: а

Принципиальная схема расположения основных гон выноса и осачдения пылевых частиц

V - доминирующее направление ветрового потока; 31 - зона осатаени: с концентрацией частиц более 50 кг/га, расположенная за контуром отвала; За - то же, в контуре отвала; 1 - контур зоны осаждения частиц, поставляемых с ветроударного борте (полностью расположен контуре отвального массива); 2 - контур воны осавдения со сторон подветренного борта карьера (при концентрации '.астиц на уровне фо новых значений 10-21 кг/га); , 1о,11,12,1з- размеры коридоров зон осаядения частиц со стороны экспозиции отвала.

где а, т — площадь ;-го участка техногенного рельефа, характеризующегося определенным углом наклона « и пространственным расположением /п; Р(а, т)—коэффициент, характеризующий в относительных единицах ценность поверхности рельефа с определенным углом наклона н пространственным расположением по геоморфологическим, сельскохозяйственным и прочим признакам; , а, т — площадь 1-го участка естественного рельефа до производства горных работ, характеризующаяся параметрами а и т.

Наличие или отсутствие в техногенном рельефе остаточных выработок определяется балансом промышленных запасов залежи и объемов вскрышных пород.

В большинстве работ по рациональному землепользованию считается, что неизбежно существует разница в площа-

Р л

дях 2 2 (• 1 ¿=1

В общей постановке, однако, можно говорить о создании рельефа в выработанном пространстве, при котором величина Д.Р = 0, а разница в качестве техногенного и естественного рельефов определяется только углами наклона и пространственным расположением характерных зон (экспозиций). В частном случае, при наличии в -контурах естественного рельефа эрозионных зон, Кт. р>1, т. е. качество техногенного рельефа превзойдет качество естественного рельефа. (Необходимо отметить, что понятие качества техногенного рельефа нельзя путать с качеством ландшафта).

Первоосновой дифференциации поверхностей техногенного рельефа может служить существующая в практике землеустроителей классификация угодий, основанная на природных экологических признаках, таких, как наклон местности, характер почвы и природные биотические сообщества. Важнейшими элементами, определяющими формирование растительных и биотических сообществ, являются световое излучение, влажность и температура. Данные факторы, действуя в определенном оптимальном сочетании, могут обеспечить максимальную продуктивность определенных видов растений (биотипов).

Вместе с тем существуют определенные предельные значения факторов, за которыми они становятся лимитирующими. Эволюция биосферы в целом была направлена главным образом на «укрощение» поступающей солнечной радиации, использование ее полезных составляющих и ослабление вредных пли защиту от них. Таким образом, свет — не только жизненный фактор, но и лимитирующий, причем и на максимальном, и на минимальном уровнях.

2 ' 17

В науках географического и экологического циклов используется понятие ¡микросреды. Часто употребляются также термины «микроклимат» и «биоклимат», но они гораздо уже.

Важнейшее значение в формировании микросреды имеют рельеф и климат региона, так как микроклимат развивается и оформляется -под действием этих двух начал. Отвальный ¡массив изменяет рельеф природного ландшафта, адекватно влияет на температуру, влажность и количество осадков в локальных зонах. Благоприятные ¡микросреды вокруг техногенной ландшафтной структуры формируются в зонах, где локальные трансформации основного климата 'положительно влияют на жизнедеятельность растений и биотических сообществ.

Формирование микросред рассмотрено в работе применительно к аридному климату Центрального Казахстана. Основным лимитирующим фактором в данных условиях является влага. В теплое время года поступление влаги в виде дождя к отдельным экспозициям отвала достаточно равномерно. Однако в холодное время размеры запасенной в виде снега влаги в значительной степени определяются морфологией техногенного рельефа.

Закономерности накопления снега в зимний период можно установить на основе теории механики двухфазных воздушных потоков, базирующейся на законах сохранения массы и количества движения. Для частного случая плоского турбулентного потока, движущегося вдоль горизонтальной подстилающей поверхности, уравнение сохранения массы имеет вид

-г — сИ я

Л), (И)

йх с1у

где ря, р — соответственно массовые плотности двухфазного потока и воздуха, кг/м2-с; цх, ду — весовой расход частиц ^ направлении осей координат (х — по горизонтали, у—по вертикали), кг/м2-с. — весовой расход воздуха в направлении оси х, кг/м2-с; g — ускорение силы тяжести, м/с2; 5 — объемная концентрация частиц.

Физический смысл данного уравнения — баланс масс двухфазного ветрового потока. Масса частиц, содержащаяся в единице объема потока во времени (первый член уравнения), уравновешивается массой двухфазного потока, перемещающегося в горизонтальном и вертикальном направлениях. Когда концентрация твердых частиц в потоке и скорость ветра со-

¿Б А (К) п „

храняются постоянными, то — =0, -—5- — П. В этом случае

сН ч]х

йа

уравнение приобретает вид <—— г= — •—- .

(1х с}у

Отсюда следует вывод о том,, что для выпадения снежных частиц необходимым и достаточным условием является снижение скорости потока. Такое снижение обеспечивается па подветренных участках склонов техногенного рельефа. Сечение потока здесь расширяется и начинается интенсивное выпадение снежных частиц.

Снежный вал, возникающий за преградами при турбулентном режиме течения потока, имеет вполне определенный угол естественного откоса. Величина тангенса этого угла равна в среднем 0,1. Эти данные, полученные в результате экспериментов, проведенных в аэродинамической трубе 3-АТ-17,5/3 хорошо согласуются с данными полевых исследований. Значительная дифференциация (4—5 раз) в накоплении запасенной влаги со стороны подветренных склонов отвала обеспечивает более рациональное ее расходование. Исследования, выполненные для техногенных и естественных ландшафтных структур Центрального Казахстана (г. Экнбастуз, нос. Ерментау), свидетельствуют, что на подветренных склонах влажность верхнего слоя почвы мощностью 20 см в мае — июне находится на уровне 23—19%, в то время как на ветро-ударных склонах этот показатель составляет 5—8%. Полное таяние снега в местах интенсивного снегонакопления на подветренных склонах северных экспозиций техногенного рельефа наблюдается в первой половине июня, в то время как па ветроударных склонах южных экспозиций сход снега заканчивается в феврале — марте.

Наряду с зональными различиями в температуре и влажности, большое значение на формирование мнкросреды по фактору «выживаемость растений в зимний период» имеют локальные вертикальные градиенты температур. Данные Г. В. Богомолова свидетельствуют о существенных различиях в условиях промерзания незаснеженных ветроударных и заснеженных подветренных склонов техногенного массива. В летний период подветренные участки отвальных массивов, расположенные в зонах ветровой тени, подвергаются меньшему влиянию иссушающего ветра.

Указанные положения дают основание дифференцировать качество техногенных поверхностей исходя из их расположения относительно направления, господствующих ветров и солнца. Особенности техногенного рельефа создают значительные микроклиматические различия. Статистическая обработка всходов пионерных растений свидетельствует, что в условиях аридного климата южные ветроударные склоны отвальных массивов имеют в 2—3 раза меньшую продуктивность, чем северные, подветренные.

Учет взаимосвязи «солнечных» и «ветровых» факторов позволяет выделить следующие типы микросред для регионов с аридным климатом при асимметричной розе ветров.

2*

19

ТТервый тип. Зоны холодных (северных, восточных.) экспозиций, расположенные на подветренных участках отвальных массивов. Это зоны, в которых суммируются два благоприятных фактора — холодная экспозиция и ориентация относительно направления господствующих ветров. Данные зоны наиболее ценны для освоения.

Второй тип. Зоны ветроударных склонов с теплыми (южными, западными) экспозициями. В большинстве случаев проблематичны для освоения.

Третий тип. Зоны, для которых один из факторов (солнечная экспозиция или ориентация относительно господствующих ветров) является благоприятным, а второй нет. Они занимают промежуточное положение между зонами первого и второго типов. В зависимости от степени совпадения, благоприятных факторов их ценность будет тяготеть к первому или второму типу микросреды.

Выделение микросред в контурах отвального массива позволяет сделать следующие обобщения:

участки техногенных поверхностей, обладающие наивысшими качественными признаками, должны иметь адекватные уровни их освоения, стимулирующие прогрессирующую ассимиляцию техногенного ландшафта;

дифференциация стационарных бортов с учетом характера мнкроереды ведет к новым подходам в освоении отвальных массивов, базирующихся на создании индивидуальной морфологии и конструкции стационарных техногенных поверхностей, обеспечении условий землевания и процессов рекультивации.

Для правильного методического подхода к определению качества техногенного рельефа применительно к регионам с аридным климатом разработана систематизация поверхностей, основанная на учете основных морфологических и климатических признаков, прямо влияющих на продуктивность грунтов (грунтосмесей), размещаемых на них (табл. 1). На ее базе могут быть созданы аналогичные систематизации для регионов с иными типами климата. Систематизации такого плана должны стать основой избирательного освоения техногенного рельефа и всего комплекса работ, которые сейчас принято называть техническим и биологическим видами рекультивации.

Обобщая результаты, полученные при исследовании процессов дефляции отвальных поверхностей и 'формирования мнкросред, можно сделать важный вывод о том, что морфология внешнего отвального массива должна устанавливаться на базе оптимизированных параметров техногенных поверхностей (природно-экологический фактор) и объемов складирования вскрышных пород (горнотехнический фактор). В результате моделирования на ПЭВМ получены графики измене-

разумном

^„е^гв«'

а«гл

Кеч»

\Г(1МЯ

Al

„»ti'«»*

---^ » c»«" 1

1 1 - WwM l1' "да, «10«И\

" ПЯ»»""*1^.

, 1ИГ

rr^rír^' 1

ó'

-w

[ iomi«*'

Wí"""1'

SQHO* SJ

suri-\лг»п»«\ Hl и»1

V

(IR!»»»1

©

Vil T.rnl w»»■ . t«-

Зависимости изменения конечной бысоты внешнего отвала Ох ОисбМа уложвкных ГГОрОД

гоог

н, ч

{50

' мест»»

кеШ

-.di«»* 1

ui»•»«;

«i«

V i''' títuw« ------

too

¥50 t / 455

d> м/ / <Í02 1 ySft/6 т

9? Ла уг. Ъ -

Jo » зг i I

0,5

/,5 2 2,5 3 i,O 't '>,5 5 <5,5

* MCW»

а Енешяш отвал замыкаются три вскрышных ^/гопотокз

длина верхней площадки отвала составляет 10000 м; I внешний отвал замыкаются два гскршных грузопотока , длина верхней площадки отвала 5000 м.

Рис. 8

Размещение отвалов на минимальном' расстоянии от предельного контура карьера при использовании новых 'пространственно-компоновочных репений генплана

1 - внешний отвальный массив, сформированный с использованием традиционных решений генерального плана; 2 - то же при использовании ноеых пространственно-компоновочных решений; 3 - капитальная траншея, заложенная во внутреннем контуре Срахисинкяинали; 4 - породная стзндая, расположейкая во внутреннем контуре брахисинкяинади; Р -длина лзркдора, определяется размер техногенного пятна вокруг бра-хисинклинали' при использовании традиционных репений; п - то же при использовании предлагаемых реиений.

Риг Ч

ния конечной высоты отвальных массивов при оптимизированных параметрах отвальных поверхностей (для регионов с аридным климатом рис. 8).

Характер техногенного рельефа, оставляемого после отработки крупных угольных брахисинклнналей, определяется не только морфологией внешних и внутренних отвальных .массивов. Важнейшее значение имеют пространственно-компоновочные решения, определяющие возможность оптимального архитектурно-ландша'фтного проектирования всей техногенной ландшафтной структуры (включая и остаточные карьерные выемки).

Проблема оптимизации всей техногенной ландшафтной структуры является сложной и многоплановой, так как предполагает учет взаимодействия всего комплекса техногенных и природных структур в пределах геотехнической системы. В рамках решения данной проблемы в работе определены технологические способы управления размерами «техногенного пятна», создаваемого вокруг крупных угольных брахисинклнналей внешними отвальными массивами.

Одним из способов сокращения размеров «техногенного пятна» является совершенствование пространственно-компоновочных решений, влияющих на размер транспортного коридора между карьером н внешним отвальным массивом. Использование традиционных способов формирования транспортной схемы на участке «карьер — внешний отвальный массив» не позволяет формировать отвальные массивы на .площадях, имеющих минимальное удаление от предельного контура карьера. Выполненные исследования свидетельствуют, что наиболее эффективным способом совершенствования экологических показателей генерального плана является использование транспортных схем, расположенных в конечных контурах бра-хисинклиналн (рис. 9). Их применение предполагает вскрытие рабочих горизонтов карьеров траншеями со стороны рабочих бортов и устройство в предельном контуре породных станций. В горной практике данное техническое решение, впервые реализованное совместно МГГУ н ГАО «Экибастузкомир» при отработке Экибастузской брахисннклинали в 1986—1992 гг.. позволило разместить внешние отвалы «Прибортовон» и «Озерный» в контуре транспортного коридора, сформированном станцией «Фестивальная».

В технологическом цикле горных работ формирование отвальных массивов нельзя рассматривать как автономный про цесс, что предопределяет выделение главных структурных особенностей брахисинклнналей, имеющих принципиальное влияние на всю технологию их отработки. Только через понимание изменений технологии и в рамках ограничений, накладываемых. смежными производственными процессами, можно разработать методически приемлемые способы формирования от-

вальных массивов. Важнейшей задачей здесь является разработка научно обоснованных рекомендаций о долевом участии внешних и внутренних отвальных массивов в формировании техногенной экосистемы.

Интенсивность производства горных работ и экологические показатели взаимосвязаны. Доминирующим фактором является масштаб 'производства работ, мощность предприятия.

При экстенсивных системах производства работ реализация большой мощности обеспечивается посредством вовлечения в отработку нескольких карьерных ,полей. Это ведет к снижению площадей отвальных массивов, формируемых в выработанном карьерном пространстве.

Использование интенсивных систем -позволяет создать значительную часть техногенного рельефа в контурах выработанного пространства.

При отработке крупных брахисинклнналей с .пологим и наклонным падением пластов внутренние отвальные массивы могут размещаться на средних и нижних гипсометрических уровнях. Исследования порядка развития рабочих зон карьеров свидетельствуют, что наиболее благоприятными зонами для заложения карьеров пускового комплекса являются замковые зоны брахисинклинали. При развитии карьеров от замковых зон можно выделить характерные этапы производства работ.

Первый этап характеризуется углублением по шарниру складки. Такое развитие обеспечивает минимум текущих коэффициентов вскрыши и максимальную скорость подвигания горных работ в зону, где может быть начато складирование вскрышных пород в выработанном пространстве.

Второй этап характерен тем, что коэффициенты вскрыши на отрабатываемых карьерных полях начинают превышать их значения на полях, не вовлеченных в отработку. Возникает проблема—прирезать новые карьерные «оля или продолжать углубление карьера, наращивая объемы вскрышных пород. размещаемых в выработанном пространстве.

Продолжение углубления горных работ в замковых зонах брахисинклинали без прирезки смежных карьерных полей обусловливает:

снижение общей площади нарушения естественных ланд-шафных структур внешними отвальными массивами;

уменьшение расстояния транспортирования вскрышных пород из средних и нижних участков рабочей зоны карьера;

экономию энергозатрат на подъем вскрышных пород на дневную поверхность;

создание компактных транспортных схем и сокращение протяженности транспортных коммуникаций.

Отрицательным фактором является возрастание текущих коэффициентов вскрыши, что предопределяет рост себестоимости полезного ископаемого.

Укрупнеино развитие карьера без прирезки новых карьер-пых полей рекомендуется на этапах, для которых выполняется неравенство

(12)

где Д5— увеличение площади зоны, в которой возможно складирование вскрышных пород при углублении карьера на этап высотой Н,. кратной высоте уступа, м2; Д7— снижение транспортных издержек за счет укладки пород во внутренние отвалы; ДУ — снижение всех видов ущербов, связанных с размещением вскрышных пород во внешних отвальных массивах; А3 — снижение площади изымаемых земель, м2; р — плата за 1 м2 площади земельного отвода под внешние отвалы; т — стоимость единицы энергоресурсов; АЭ — экономия энергоресурсов за счет укладки вскрышных пород в выработанное пространство; А К — увеличение текущего коэффициента вскрыши при углублении карьера на величину Нэ, т/и3; V—объем добычи полезного ископаемого, т; С„ — затраты па 1 м3 вскрышных пород.

Более точно сроки прирезки новых карьерных полей могут определяться с использованием методов динамического программирования.

В (12) константой должен оставаться объем добычи полезного ископаемого (или мощность карьера). Необходимость стабилизации данного -параметра на длительном этапе разработки определяет граничные условия и область использования этого критерия.

Суть ограничений состоит п том, что в процессе углубления карьеров, отрабатывающих крупные брахисинклинали, длина н площадь добычной рабочей зоны непрерывно уменьшаются. В работе исследованы изменения этих параметров в зависимости от направления встречи рабочих фронтов и интенсивности их развития.

Потеря протяженности фронта предопределяет необходимость регулирования порядка отработки брахненнклиналей Сокращение протяженности фронта горных работ ниже некоторого значения не позволяет поддерживать стабильную мощность карьера. В данных условиях прирезка нового карьерного поля неизбежна, так как имеет более важные приоритеты в сравнении с регулированием параметров А5 и АК.

Исследования, выполненные применительно к условиям Экибастузской брахисинклинали, свидетельствуют, что пере-

распределение нагрузки между карьерами, приближающими разработки к схеме, изображенной на рис. 10, б, дает значительный эффект по возможностям формирования техногенных массивов в контурах выработанного пространства. Концентрация горных работ в южной части Экибастузской брахисин-клинали, усиливающая мотив односторонней отработки, позволяет нарастить объем вскрышных пород, размещаемых в выработанном пространстве с 3,7 до 5,4 млрд. м3 (на 46%). Данное решение реализовано в генеральной схеме отработки Экпбастузского бассейна.

Отличительной особенностью брахисинклнналей с пологим падением пластов на крыльях является возможность с первых этапов производства горных работ размещать вскрышные породы в выработанном пространстве. В этом случае не существует проблемы выбора оптимальных решений, обеспечивающих увеличение доли объемов, складируемых в выработанном пространстве. Поэтому в комплексе «порядок отработки бра-хнсинклинали — условия формирования техногенного рельефа» преобладают задачи, обеспечивающие создание оптимальной морфологии техногенного рельефа внутренних отвальных массивов.

Условия возникновения различных типов техногенных поверхностей внутренних отвальных массивов можно записать в общем виде, зная соотношение (баланс) объемов выработанного пространства Уп карьера и объема внутренних отвальных массивов Уп. Его можно охарактеризовать коэффициентом использования выработанного пространства карьера К „п (*,„ =К„/У„).

Если К1т <1, техногенный рельеф будет расположен выше уровня дневной поверхностн. Такое условие характерно для отработки месторождений с высокими •коэффициентами вскрыши.

При Км< ~ 1 можно проектировать техногенный рельеф в гипсометрических отметках существовавшего до разработки естественного рельефа, то есть возможна полная имитация естественного рельефа территории месторождения. Данный вариант приближается к практике производства горных работ в Англии и США, где существующее законодательство предписывает разработчикам недр формировать техногенный рельеф таким образом, чтобы он морфологически и геологически соответствовал естественному, существовавшему до начала разработки.

При /Сап > или >1 возможны два крайних варианта. По первому варианту в контурах карьера может быть сформирована остаточная карьерная выемка, по второму — существенно понижены отметки техногенной поверхностн. В диапазоне между этими двумя крайними вариантами может быть сформирована целая гамма промежуточных вариантов, оптимизи-

Варианты отработкч Эгабастузской брахисинклинали, определяющие различную клтенагвнс.ть развитая рабочих зон карьеров

а - вариант с равномерным развитием. рабочих зон разрезов "Богатырь" и "Сэверный"; б - вариант с частичной консервацией полей 2.К.З разреза "Северный", обеспечивающий одностороннюю отработку брахисинклинали; esas» - добычная зона; ы.пыа -Ескрышная зона; - Енутр<"шш отвалы.

Рис. Í0

руемых для конкретного региона разработки по совокупности архитектурно-ландшафтных, экологических и экономических факторов. В условиях дефицита техногенного материала прогрессивным является создание в контурах техногенного рельефа рекреационных зон с озерными котловинами.

Изменение качественных характеристик техногенной поверхности и техногенного геологического разреза вызывает необходимость воспроизводить формы рельефа, обеспечивающие динамическое равновесие под действием доминирующих рельефообразующих факторов рассматриваемой территории.

На базе исследования закономерностей изменения параметров выработанного пространства в работе предложена технология отработки пологопадающих брахнсинклнналей, предполагающая смещение остаточных карьерных выемок от замковой части к центру складки с созданием на их базе рекреационных зон и поэтапной засыпкой вскрывающих выработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации па основании выполненных исследований технологии и порядка отработки карьерных полей крупных угольных брахнсинклнналей, процессов, протекающих в оболочках п локальных микросредах отвалов, изложены научно обоснованные технологические решения по формированию отвальных массивов, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса открытого способа угледобычи, значительно снижает негативное воздействие горных работ на природные ландшафтные структуры региона разработки и повышает результативные технико-экономические показатели разрезов.

Основные научные результаты и рекомендации:

1. Высота отвальных массивов не должна ограничиваться 80—90 м по «критерию выноса пылевых частиц», вследствие того, что инженерно-геологические процессы, протекающие в чехле отвального массива, ведут к формированию элювиальной коры и обогащению дефлирующей поверхности крупноблочным материалом, надежно защищающих отвальный массив от ветровой эрозии. Эксперименты в аэродинамических каналах свидетельствуют, что при толщине элювиальной коры 1,5—2 мм критическая скорость, при которой начинается ее разрушение, составляет 14—18 м/с. При толщине коры свыше 10 мм ее разрушения не происходит при скоростях потока 30 м/с (108 км/ч).

2. Данные рентгеноструктурных фазовых анализов свидетельствуют, что исходными минералами, цементирующими техногенные породы с формированием элювиальной коры, яв-

ляются каолинит, монотермит, монтмориллонит, беллит, ал-лит и иллит.

3. Малая интенсивность образования или отсутствие элювиальной коры в зонах вскрытых горелышков (буферная и ядерная зоны отвального массива) объясняется снижением в 3—5 раз доли глинистых минералов, в сравнении с исходными техногенными грунтами. Последнее обусловлено химическими изменениями, происходящими в ядерной зоне отвального -массива.

4. Частицы, выбитые со стороны ветроударных склонов, не выходят за контуры крупных отвальных массивов. За контуры отвального массива выносятся лишь частицы, выбитые с бровок подветренных склонов, но расстояние их осаждения и концентрации существенно меньше, так как ветровой поток здесь имеет другие характеристики. Анализ результатов снежных съемок свидетельствует, что ширина коридора выноса частиц с отвальных массивов в направлении господствующих ветров составляет 800—1400 м. В непосредственной близости от разгрузочной точки отвала количество взвеси в снежном керне достигает 850—900 <мг. На расстоянии 100 м концентра ция снижается в 3,5—4 раза, а на расстоянии 500 м — в 27— 30 раз. В интервалах расстояний 1,4—1,5 км концентрация частиц в снежных кернах находится на уровне фоновых значений.

5. Дешифровка и последующая статистическая обработка' данных зимней аэрофотосъемки отвальных массивов в регионе Центрального Казахстана и Восточной Сибири свидетельствуют, что зона интенсивной дефляции отвальных поверхностей располагается непосредственно в прибровочной части склона, составляя 5—12% его длины. Дефляция техногенной поверхности в данной зоне поставляет до 90—95% твердых частиц в ветровой поток, обтекающий отвал.

6. На базе выполненных аэродинамических экспериментов рекомендованы следующие рациональные значения элементов отвальных поверхностей, обеспечивающих наибольшую дефляционную устойчивость отвальных массивов:

генеральный угол ветроударного откоса отвала (аг) — 20—27°;

генеральный угол откоса лодтветренного отвала (ß) — 10—11°;

радиус сопряжения верхней бровки отвала (R) — 150— 200 м;

бермы между отвальными ярусами с остороны ветроударных склонов (В) — не более 0,08—0,1#.

7. Полевые исследования свидетельствуют, что явление гравитационной дифференциации (сегрегации) активно противостоит водной эрозии отвальных массивов, что (принципиально меняет морфологию эрозионных рытвин. Если в стан-

дартиых условиях (для естественных систем) расширение сечения рытвин происходит «сверху вниз» к базису эрозии, то на отвальных откосах раскрытие рытвин идет в обратном направлении (от базиса эрозии к верхней бровке отвального откоса) .

8. Результаты лабораторных и полевых исследований свидетельствуют, что основным экранирующим элементом, защищающим отвальный массив от ветровой эрозии является техногенный чехол мощностью 0,7ч-2,5 м, верхняя часть которого изменена до элювиальной коры (5-^25 мм). При его вскрытии обнажаются горельники буферной и ядерной зон отвального массива, не способные эффективно образовывать элювиальную кору. Отсюда следует, что техногенный чехол должен оформляться «начисто» в процессе формирования отвальных массивов и не нарушаться на последующих этапах производства работ.

9. Технология формирования техногенного чехла отвального массива должна исключать разрыв между созданием стационарных отвальных поверхностей и их экранированием породами реголита и почвенното слоя. Для обеспечения данного условия необходимо соблюдать равенство .между темпами формирования стационарных поверхностен и объемами выемки реголита.

10. Наиболее эффективным способом регулирования режима формирования стационарных поверхностей и техногенного чехла отвальных массивов является использование опережающих отвальных насыпей. Использование опережающих отвальных насыпей характерно для начальных этапов разработки брахисинклиналей. На завершающих этапах разработки необходимость в использовании опережающих насыпей исче-' зает, вследствие чего последние не должны замыкаться вдоль предельного контура отвального пол^. Длина предельного ■контура отвального поля, не занятого опережающими насыпями, должна составлять 40—50% его периметра.

11. Важнейшими элементами, определяющими формирование растительных и биотических сообществ вокруг отвальных массивов, являются световое излучение, влажность и температура. Данные факторы, действуя в определенном «оптимальном» сочетании, обеспечивают максимальную продуктивность растений определенных видов. Статистическая обработка всходов пионерных растений свидетельствует, что в условиях аридного климата южные ветроударные склоны отвальных массивов имеют в 2—3 раза меньшую продуктивность, чем северные подветренные склоны.

12. Учет взаимосвязи «солнечных» и «ветровых» факторов позволяет выделить следующие зоны микросреды для регионов с аридным климатом при асимметричной розе ветров.

Первый тип. Зоны холодных (северных, восточный) экспозиций, расположенные на «подветренных участках отвальных массивов, т. е. зоны,, в которых суммируются 'два благоприятных фактора — холодная экспозиция, и ориентация относительно направления господствующих ветров. Эта зона обладает 'наибольшей ценностью для освоения.

Второй тип. Зоны, ветроударных склонов с теплыЫи (южными, западными) экспозициями. Эти зоны в большинстве случаев проблематичны для освоения.

Третий тип. Зоны, для которых один из факторов (солнечная экспозиция или ориентация относительно господствующих ветров) является благоприятным, а второй нет. Они занимают промежуточное .положения между зонами первого и второго типов. В зависимости от степени совпадения 'благоприятных факторов их ценность будет тяготеть к первому или второму типу микросредьь

Участки отвальных поверхностей, обладающие наивысшими качественными признаками, должны иметь адекватные уровни их освоения, стимулирующие прогрессирующую ассимиляцию техногенного ландшафта.

13. Дифференциация стационарных бортов с учетом характера микросреды предопределяет создание индивидуальной морфологии стационарных отвалъньих поверхностей. Основой для создания индивидуальной конструкции стационарных отвальных поверхностей является предложенная систематизация их качества, основанная на учете основных морфологических и климатических признаков, прямо влияющих на продуктивность грунтов и гру'нгоомесей, размещаемых на данных поверхностях. Такого плана систематизации должны являться основой избирательного освоения техногенного рельефа и комплекса работ, которые сейчас принято называть техническим и биологическим видами рекультивации.

14. При использовании для отработки крупных угольных бра.хисинклиналей железнодорожного транспорта, размеры «техногенного пятна», формируемого отвальными массивами на «теле» естественных ландшафтных структур, могут быть уменьшены на 20—30% посредством компоновки систем транспортных коммуникаций во .внутреннем контуре брахи-синклинали. В состав данных систем входят капитальные траншеи, заложенные со стороны рабочих и временно нерабочих бортов карьера, породные станции, главные пути и частично отвальные въезды. Впервые в горной практике данные систе)мы реализованы в производство в Экибастузском угольном бассейне.

|15. При открытой разработке крупных асимметричных угольных ¡брахисинклиналей с наклонным падением пластов на крыльях, наибольшие объемы внутренних отвальных мас-

сивов могут быть сформированы при их односторонней отработке.

16. В случае развития горных работ от замковых зон направление углуби и и направление вывода в зону формирования внутренних отвальных ¡массивов на вдервом этапе совпадают. Второй этап начинается с глубины, когда текущие коэффициенты вскрыши на незадействованных в отработку участках становятся -меньше аналогичного показателя на отрабатываемых карьерных полях. Начиная со второго периода для определения направления развития рабочей зоны, необходимо использовать критерии и ¡методы, учитывающие преимущества складирования вскрышны-х пород в выработанном пространстве. Последнее 'позволяет определить долевое соотношение объемов внешних и внутренних отвальных массивов.

17. Концентрация горньтх работ в южной замковой части Экибастузской брахисинклинали, обоснованная с использованием предложенных критериев, усиливающая мотив односторонней разработки месторождения, позволяет -увеличить объем вскрышных пород, размещаемых в выработанном пространстве карьерных полей с 3,7 до 5,4 ¡млрд. м3 (на 46%). Данное решение реализовано в генеральной схеме отработки Зкнбастузского каменноугольного бассейна.

18. При определенной глубине разработки брахисннклина-лей с пологим падением пластов обеспечивается максимальная приемная способность выработанного пространства. На базе этой закономерности предложена система отработки и укладки вскрыпшы-х пород, обеспечивающая последовательное смещение остаточньм карьерных выемок от замковых участков брахисинклинали к центру складки.

19. Предложена технология формирования нерасчлененно-го техногенного рельефа -в выработанном пространстве брахи-синклииалей, основанная па -поэтапной реконструкции траншейных выработок, закладываемых в контурах отвальных массивов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ржевский В. В., Супрун В. И. Вскрытие в глубоких рудйых карье pax при автомоблльно-железнодорожном транспорте//Сб. АН УССР: Проблемы разработки горизонтов глубоких карьеров. — Киев: Наукова думка, 1977.— С. 5—7.

2. Супрун В. И., Денисов Н. А. Влияние провозной способности гран-шоп на грузопотоки s период строительства разрезов/Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способам.— 1977. — № 7, с. 7—9.

3. Супрун В. И. Этапная реконструкция временных капитальных тран-шей//Сб. ЦН ИЭИуголь: Добыча угля открытым способом. — 1979. — № 9, — С. 2—4.

4. Супрун В. И. Перспективы использования глубоких внешних траншей для вскрытия Экибастузсиих разре:зов//Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых. — 'М.: МГИ, 1980. — С. 7—8.

5. Супрун В. И. Формирование продольного профиля внешних желез-подорожных траншей при руководящем уклоне 60%о//Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способом. — 1980. — № б. — С. 7—8.

6. Супрун В. И. Перспективы использования глубоких траншей для отработки Экибастузских разрезов//На,учные основы создания комплексно-механизированных карье'ров и подводной добычи полезных ископаемых.—М.: МГИ, 1980.— С. 35—37.

7. Супрун В. И., Терещенко А. П. Вскрытие полей разрезов Экибастуз-ского бассейна//Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способом.— 1930. — № 10— С. 13—15.

8. Супрун В. И., Каримов Р. М. Вскрытие глубоких рабочих горизонтов разреза «Северный» подземными железнодорожными тоннелями из разреза «Южный»//Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способом,— 1981, —№ П. —С. 7—8.

9. Супрун В. И., Рыбак J1. В., Пазынич А. Ю. Формирование рабочей зоны на разрезе «Северный»//Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способом. — 1982. — № 1, —С. 1|1 —13.

10. Супрун В. И., Варшавский В. Е., Пазынич А. Ю., Абрамов А. В. Перспективы использования внутренних отвалов на разрезах ПО «Экиба-стузуголь»//Сб. ЦНИЭИуголь: Добыча угля открытым способом. — 1982. — № 2, —С. 4—5.

1|1. А. с. 949177, СССР, кл. Е 21 С41/02. Способ формирования внешних железнодорожных отвалов/Шакиров А. 11]., Супрун В. И. МГИ//За-явлено 1980. Открытия. Изобретения, — 1982. —№ 29, —С. 137.

12. Ржевский В. В., Истомин В. В., Супрун В. И. Комплексы оборудования II вскрытие рабочих горизонтов мощных глубоких карьеров// Горный журнал.— 1982. — № 14. —С. 27—31.

13. Шакиров А. Ш., Супрун В. И. Формирование высоких внешних отвалов при железнодорожном транслорте//Горный журнал.— 1983.— ЛЬ 4. — С. 55—57.

14. Мелехов Д. П., Супрун В. И., Денисов Н. А. Формирование комплекса оборудования при разработке пологих пластов Экибастузского месторождениям/Уголь.— 1985. — № 1(1.. — С. 32—34.

15. Томаков П. И., Мелехов Д. П., Супрун В. И. Перспективы развития внутренних отвалов на разрезе «Богатырь»//Уголь.— 1986.—№ 12.— С. 24—26.

16. Супрун В. И., Мелехов Д. П., Миннахметов К. М. Порядок отработки крупных мульдообразных залежей/Обзорная информация. — М: ЦНИЭИуголь, 1988.- 37 с.

17. Супрун В. И. Принципы открытой разработки мульдообразных за-лежей//Горпые науки и промышленность. — М.: Недра. — 1,989. — С 282— 293.

18. Супрун В. И., Борзых JI. А., Грицишин J1. Г. Формирование рациональных параметров внешних отвалов п'ри железнодорожном транспорте// Уголь. — 1989. — № 3. — С. 29—33.

19. Ридель Р. И., Мелехов Д. П., Супрун В. И. О порядке отработки Экибастузского месторождения с целью ускоренного перехода к использованию внутренних отвалов//Уголь. — 1989. — Л» 4. — С. 2-2—27.

20. Супрун В. И., Денисов Н. А. Вскрытие горизонтов со стороны рабочих бортов ка.рьеров//Гор,ный журнал.— 1990. — № 1. — С. 11—14.

21,. Супрун В. И. Проектирование схем вскрытия и транспортных схеч для отработки карьеров. — М.: МГИ, 1,990. — 105 с.

22. Супрун В. И., Манкевич В. В. Проектирование внешних отвалов при железнодорожном транспорте. — М.: Л"\ГИ, 1991.— 149 с.

23. Супрун В. И., Гайлиш В. В., Денисов Н. А. Принципы формирования техногенного ландшафта при ведении открытых горных работ//Гор-ный информационно-аналитический бюллетень. — Вып. 3. — .W: МГГУ, 1992.— С. 17—18.

24. V s е V о 1 о el V. G a i I i s ii. Valer у I. S u p г п n, J u r y O. Agaphonov. Copcentioa of the sou íd-rnadc landscape creature in open cast mining/Mine Planning and Equipment Se'ection, Pasa melime-t о gl и etal. (eds).— Balkema, Potterdam, ISBN 9(Г> 1ИП2Г2, 1994.—P. .45— 38.

25. Супрун В. И. Перспективная техника и технология для производства открытых горных'работ. — М.: МГГУ, 1996.— 1.91 с.