Комплексный подход к лабораторным исследованиям деформационно-прочностных свойств техногенных грунтов на примере обвально-осыпных отложений карьера «Айхал» (Якутия)

Эффективность отработки подкарьерных запасов алмазных кимберлитовых трубок Якутии во многом определяется состоянием техногенных предохранительных массивов. Обычно они представляют собой рудопородную подушку, а иногда – рудный целик, перекрытый техногенно измененными и переотложенными грунтами, которые сформировались в результате интенсификации выветривания и развития гравитационных процессов (осыпей, обвалов, оползней и др.) в бортах карьера. Целью проведенного исследования являлась комплексная оценка деформационно-прочностных свойств техногенных обвально-осыпных отложений, сформированных на дне карьера «Айхал» и определяющих безопасность ведения подземных горных работ. Лабораторные исследования грунтов включали гранулометрический, минералого-петрографический, химический, геомеханический и другие анализы. Дополнительно проведены экспериментальные исследования деформационного потенциала обломочных и дисперсных грунтов. Реализация комплексного подхода к исследованию техногенных отложений позволила выявить их особенности, заключающиеся в высокой степени неоднородности их состояния и свойств. Грунты представлены преимущественно щебнем и дресвой с супесчано-суглинистым заполнителем. Крупнообломочный материал характеризуется широким спектром показателей выветрелости и прочности (от слабо- до сильновыветрелых и от прочных до малопрочных). Наличие малопрочных обломков в составе отложений способствует их преждевременному разрушению. Тонкодисперсные грунты отличаются аномально низкими значениями деформационно-прочностных параметров, что позволило характеризовать их как структурно-неустойчивые, склонные к проявлению текучести.

1. Огородникова Е.Н., Николаева С.К., Дургалян М.Г., Абакумова Н.В. Рациональное использование техногенных грунтов – отходов производств // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборник научных трудов XVIII Всерос. науч.-практ. конф. / отв. ред. Т.Н. Ледащева (г. Москва, 23–24 ноября 2017 г.). М.: Изд-во РУДН, 2017. С. 201–206. EDN: YRJKWJ.

2. Несмеянов С.А., Воейкова О.А. Техногенная формация – характерный признак техногенного этапа истории Земли // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2020. № 1. С. 18–21. https://doi.org/10.31857/S0869780920010147. EDN: MXIHXM.

3. Huot H., Simonnot M.O., Morel J.L. Pedogenetic trends in soils formed in technogenic materials // Soil Science. 2015. Vol. 180. Iss. 4/5. P. 182–192. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000135.

4. Hulisz P., Pindral S., Kobierski M., Charzyński P. Technogenic layers in оrganic soils as a result of the impact of the soda industry // Eurasian Soil Science. 2018. Vol. 51. Iss. 10. P. 1133–1141. https://doi.org/10.1134/S1064229318100046.

5. Uzarowicz Ł., Charzyński P., Greinert A., Hulisz P., Kabała C., Kusza G., et al. Studies of technogenic soils in Poland: past, present, and future perspectives // Soil Science Annual. 2020. Vol. 71. Iss. 4. P. 281–299. https://doi.org/10.37501/sVoloilsa/131615.

6. Сазонова С.А., Пономарев А.Б. О необходимости комплексного изучения свойств техногенных грунтов и использования их в качестве оснований зданий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2013. № 2. С. 98–106. EDN: RBQSIJ.

7. Лолаев А.Б., Рященко Т.Г., Акулова В.В., Бадоев А.С., Тваури И.В. Комплексное исследование состава, структуры и свойств техногенных грунтов // Научные труды Вольного экономического общества России: труды региональной площадки МАЭФ-2021: экономика, экология, энергетика отдаленных территорий. (г. Владикавказ, 22 мая 2021 года – 24 мая 2022 года). Владикавказ: Изд-во ГГАУ, 2021. С. 122–134. EDN: WQOOXT.

8. Сафиуллина И.С., Хайрулина Л.А., Шайнурова А.Р. К вопросу об изучении физико-механических свойств грунтов для инженерно-геологических целей. Исторические аспекты становления и развития грунтоведения и механики грунтов // Вестник Академии наук Республики Башкоторстан. 2022. Т. 43. № 2. С. 22–36. https://doi.org/10.24412/1728-2022-2-22-36. EDN: AVIMDB.

9. Гладков А.С., Дроздов А.В., Кошкарев Д.А., Потехина И.А., Афонькин А.М. Оценка структурно-тектонического строения глубоких горизонтов трубки «Айхал» для постановки гидрогеомеханического мониторинга // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2015. № 2. С. 46–56. EDN: ULFFIF.

10. Дроздов А.В., Иост Н.А., Лобанов В.В. Криогидрогеология алмазных месторождений Западной Якутии. Иркутск: Изд-во ИГТУ, 2008. 507 с.

11. Кисленко А.Б. Вещественный состав кимберлитов трубки Айхал (Алакит-Мархинское кимберлитовое поле, республика Саха-Якутия) // Проблемы геологии и освоения недр: труды XXIII Междунар. симпозиума им. академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 120-летию со дня рождения академика К.И. Сатпаева, 120-летию со дня рождения профессора К.В. Радугина. (г. Томск, 8–12 апреля 2019 г.). Томск: Изд-во НИТПУ, 2019. Т. 2. С. 40–42. EDN: NUDENY.

12. Курленя М.В., Барышников В.Д., Гахова Л.Н. Влияние частичного затопления карьера «Айхал» на напряженно-деформированное состояние рудной потолочины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. № 4. С. 23–31. EDN: RADOUF.

13. Янников А.М., Трифонов Н.С., Лепокурова О.Е. Влияние разрывных нарушений на обводнение и газоносность глубоких горизонтов трубки «Айхал» (Республика Саха (Якутия)) // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2021. № 1. С. 104–113. https://doi.org/10.17308/geology.2021.1/3342. EDN: ILANMX.

14. Курилко А.С., Дроздов А.В., Каймонов М.В. Оценка возможности ликвидации водного объекта в карьере «Айхал» // Наука и образование. 2013. № 4. С. 53–57. EDN: RYEYLJ.

15. Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь) / отв. ред. В.В. Ружич. Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2010. 287 с. EDN: QKJFJF.

16. Янников А.М. Особенности формирования дезинтегрированных толщ в открытых горных выработках в зонах многолетнемерзлых пород месторождения трубки «Айхал» // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Северо-Востока России: материалы XII Всерос. науч.-практ. конф., посвященной 65-летию Института геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения РАН (г. Якутск, 23–25 марта 2022 г.). Якутск: Изд-во СВФУ им. М.К. Аммосова, 2022. С. 513–515. https://doi.org/10.52994/9785751332846_2022_106. EDN: DPRDTJ.

17. Карпенко Ф.С. Физико-химическая природа прочности глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2019. № 5. С. 48–60. https://doi.org/10.31857/S0869-78092019548-60 EDN: HWRXZT.

18. Осипов В.И., Карпенко Ф.С., Кальбергенов Р.Г., Кутергин В.Н., Румянцева Н.А. Реологические свойства глинистых грунтов // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 6. С. 41–51. EDN: ZRJAWL.

19. Карасев М.А., Поспехов Г.Б., Астапенко Т.С., Шишкина В.С. Анализ моделей прогноза напряженно-деформированного состояния техногенных грунтов низкой прочности // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 11. C. 49–69. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_11_0_49. EDN: EOTJVE.

20. Вознесенский Е.А. Общая генетическая классификация техногенных грунтов // Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. 2019. № 5. С. 3–9. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2019-5-3-9. EDN: NWQUZB.