Оцінка впливу водонасичення ґрунтів Малишевського родовища на стійкість конструкцій кар’єру

Владислав Ярошенко
Отримано 22.01.2025, Доопрацьовано 29.04.2025, Прийнято 30.06.2025
Анотація

Високий рівень ґрунтових вод і значна змочуваність рудних пісків Малишівського родовища створюють значні ризики для стійкості основ, фундаментів та конструкцій на кар'єрному полі. Дослідження цих факторів є критично важливим для забезпечення безпеки та надійності гірничих і будівельних споруд. Метою роботи було визначення фізико-механічних властивостей та оцінка впливу рудних пісків на стійкість основ, фундаментів і конструкцій у зоні кар’єру Малишевського родовища, а також розробка рекомендацій щодо їх стабілізації. У роботі застосовано комплекс різноманітних методів дослідження, зокрема гідрогеологічні, геофізичні, гідравлічні, та математичні розрахунки. Використано дослідження гідрогеологічних умов для визначення рівня ґрунтових вод та їхнього впливу на стабільність конструкцій. Здійснено випробування рудних пісків для визначення їх фізико-механічних характеристик, зокрема водопроникності та фільтраційних властивостей. Встановлено ключові фактори, що впливають на стабільність фундаментів у зонах підвищеної вологості. Розроблено рекомендації щодо підвищення несучої здатності основ і фундаментів за допомогою дренажних систем, ін’єкційного зміцнення ґрунтів та використання спеціальних матеріалів з низькою водопроникністю. Визначено фактичне середнє значення коефіцієнта фільтрації рудних пісків Малишевського родовища за допомогою методики водонапірного стовпа. Вперше для даного регіону запропоновано інтегровані заходи, що включають комбінацію дренажних і фільтраційних систем для зниження рівня ґрунтових вод, а також математичне моделювання для прогнозування впливу цих змін на стабільність конструкцій кар’єра. Робота має значну практичну значимість для проектування та експлуатації кар'єрів в умовах підвищеного рівня ґрунтових вод та високої вологонасиченості ґрунтів. Запропоновані методи і заходи дозволяють ефективно знижувати ризики, пов'язані зі зміною рівня ґрунтових вод, і забезпечити стабільність кар’єрних конструкцій, що в свою чергу дозволить підвищити безпеку гірничих робіт та знизити витрати на обслуговування інженерних споруд

Ключові слова:
гідрогеологія; ґрунтові води; змочуваність; дренаж; стабілізація ґрунтів; безпека

Взято з Том 59, № 1, 2025

Сторінки 22–32

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Abramov, Y., Basmanov, O., Oliinik, V., & Khmyrov, I. (2022). Justifying the experimental method for determining the parameters of liquid infiltration in bulk material. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10(118)), 24-29. doi: 10.15587/1729-4061.2022.262249.
  2. Abramson, L.W., Lee, T.S., Sharma, S., & Boyce, G.M. (2001). Slope stability and stabilization methods. New York: John Wiley & Sons.
  3. Ait-khouia, Y., Benzaazoua, M., Ievgeniia, M., & Demers, I. (2023). Moving towards sustainable mine waste rock management through automated mineral and geochemical analysis. Journal of Geochemical Exploration, 248, article number 107182. doi: 10.1016/j.gexplo.2023.107182.
  4. Babets, D., Kovrov, O., Moldabayev, S., Tereschuk, R., & Sosna, D. (2020). Impact of water saturation effect on sedimentary rocks strength properties. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 76-81. doi: 10.33271/nvngu/2020-4/076.
  5. Biletskyi, V. (2004). Concise mining encyclopedia (Vol. 1). Donetsk: Donbass.
  6. Borziak, O., Liutyi, V., Romanenko, O., & Podtelezhnikova, I. (2022). Engineering and geological studies for construction. Kharkiv: Ukrainian State University of Railway Transport.
  7. DBN A.2.2-1:2021. (2021). Composition and content of environmental impact assessment (EIA) materials. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=98038.
  8. DBN V.1.1-46:2017. (2017). Engineering protection of territories, buildings, and structures from landslides and collapses: General provisions. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_ doc=72096.
  9. Guanira, K., Valente, T.M., Ríos, C.A., Castellanos, O.M., Salazar, L., Lattanzi, D., & Jaime, P. (2020). Methodological approach for mineralogical characterization of tailings from a Cu (Au, Ag) skarn type deposit using QEMSCAN. Journal of Geochemical Exploration, 209, article number 106439. doi: 10.1016/j.gexplo.2019.106439.
  10. He, L., Shang, Y., Lei, X., & Li, G. (2024). Destabilization mechanism and prevention technology of open-pit mine slope with soft interlayer under rainfall infiltration conditions: A case study. Mining, Metallurgy & Exploration, 41, 859-873. doi: 10.1007/s42461-024-00941-3.
  11. Imam Robit, N.N., Md Nujid, M., Md Nor, N.S., Tholibon, D.A., & Mukhlisin, M. (2023). Investigation moisture content effect on bearing capacity failure of strip footing rested on silty sand soil based on crack characteristics assessment using non-destructive test. Procedia Structural Integrity, 47, 597-601. doi: 10.1016/j. prostr.2023.07.064.
  12. Ivanov, V., Arosio, D., Tresoldi, G., Hojat, A., Zanzi, L., Papini, M., & Longoni, L. (2020). Investigation on the role of water for the stability of shallow landslides – insights from experimental tests. Water, 12(4), article number 1203. doi: 10.3390/w12041203.
  13. Liu, B., Sun, Y., Wang, B., Han, Y., Zhang, R., & Wang, J. (2020). Effect of water content on mechanical and electrical characteristics of the water-rich sandstone during freezing. Environmental Earth Sciences, 79(10), article number 236. doi: 10.1007/s12665-020-08991-8.
  14. Maknoon, M., & Aubertin, M. (2021). On the use of bench construction to improve the stability of unsaturated waste rock piles. Geotechnical and Geological Engineering, 39, 1425-1449. doi: 10.1007/s10706-020-01567-0.
  15. Ngugi, H.N., Shitote, S.M., & Ambassah, N. (2021). Effect of variation in moisture content on soil deformation and differential settlement of frame structures in Nairobi area and its environs. The Open Construction and Building Technology Journal, 15, 106-128. doi: 10.2174/1874836802115010106.
  16. Oliinyk, V., Basmanov, O., & Mykhailovska, Yu. (2022). Method for experimental determination of liquid infiltration parameters in soil. Problems of Emergency Situations, 2(36), 15-25. doi: 10.52363/2524-0226-202236-2.
  17. Otunola, B.O., & Ololade, O.O. (2020). A review on the application of clay minerals as heavy metal adsorbents for remediation purposes. Environmental Technology & Innovation, 18, article number 100692. doi: 10.1016/j. eti.2020.100692.
  18. Popov, V., & Popova, A. (2022). Combined tunnel type floodgates for road facilities. Modern Technologies, Materials and Structures in Construction, 19(2), 60-71. doi: 10.31649/2311-1429-2022-2-60-71.
  19. Saberi, N., & Vriens, B. (2024). The effects of water content on mineralogical and drainage quality dynamics in weathering mine waste rock. Minerals Engineering, 214, article number 108791. doi: 10.1016/j. mineng.2024.108791.
  20. Shapoval, V., Shashenko, O., Hapieiev, S., Khalymendyk, O., & Andrieiev, V. (2020). Stability assessment of the slopes and side-hills with account of the excess pressure in the pore liquid. Mining of Mineral Deposits, 14(1), 91-99. doi: 10.33271/mining14.01.091.
  21. Shu, L., Xie, L., He, B., & Zhang, Y. (2024). Comparison of the sample preparation strategies and impacts on the tensile strength of gas shale with variable moisture conditions. Energies, 17(10), article number 2327. doi: 10.3390/en17102327.
  22. Ślusarek, J., & Łupieżowiec, M. (2020). Analysis of the influence of soil moisture on the stability of a building based on a slope. Engineering Failure Analysis, 113, article number 104534. doi: 10.1016/j.engfailanal.2020.104534.
  23. Sobko, B., & Chebanov, M. (2018). Influence of physical and mechanical properties of soils on cut width of a dragline while truck loading. Collection of Research Papers of the National Mining University, 55, 112-119.
  24. Solodovnik, Т., & Yakymenko, I. (2021). Problems and methods of drinking water purification in the systems of decentralized water supply. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 26(2), 63-81. doi: 10.24025/23064412.2.2021.239703.
  25. Suiarko, V. (2019). Engineering geology (with the basics of geotechnics). Kharkiv: V.N. Karazin Kharkiv National University.
  26. Taha, Y., Benarchid, Y., & Benzaazoua, M. (2021). Environmental behavior of waste rocks based concrete: Leaching performance assessment. Resources Policy, 74, article number 101419. doi: 10.1016/j. resourpol.2019.101419.
  27. Tokunaga, T.K. (2020). Simplified green-ampt model, imbibition-based estimates of permeability, and implications for leak-off in hydraulic fracturing. Water Resources Research, 56(4), article number e2019WR026919. doi: 10.1029/2019WR026919.
  28. US Geological Survey. (2020). Mineral commodity summaries. Reston: U.S. Geological Survey. doi: 10.3133/ mcs2020.
  29. Vasylenko, S. (2015). Geological structure, formation conditions, and ore-bearing capacity of the MotronivskeAnnivske titanium-zirconium placer deposit. (Doctoral dissertation, Institute of Geological Sciences of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine).
  30. Vriens, B., Plante, B., Seigneur, N., & Jamieson, H. (2020). Mine waste rock: Insights for sustainable hydrogeochemical management. Minerals, 10(9), article number 728. doi: 10.3390/min10090728.
  31. Wang, D., Taleghani, A.D., & Yu, B. (2022). Height effect on interactions between the hydraulic fracture and natural fractures. Geofluids, 2022(1), article number 4642326. doi: 10.1155/2022/4642326.
  32. Yang, G., Chen, Y., Liu, X., Yang, R., Zhang, Y., & Zhang, J. (2023). Stability analysis of a slope containing watersensitive mudstone considering different rainfall conditions at an open-pit mine. International Journal of Coal Science & Technology, 10, article number 64. doi: 10.1007/s40789-023-00619-z.
  33. Yao, Y., Fan, J., & Li, J. (2025). A review of advanced soil moisture monitoring techniques for slope stability assessment. Water, 17(3), article number 390. doi: 10.3390/w17030390.
  34. Zotsenko, M., Kovalenko, V., Yakovliev, A., Petrakov, O., Shvets, V., Shkola, O., Bida, S., & Vynnykov, Yu. (2004). Engineering geology. Soil mechanics, foundations, and basements. Poltava: National University “Yuri Kondratyuk Poltava Polytechnic”.
Yaroshenko, V. (2025). Assessment of the impact of soil water saturation at the Malyshevske deposit on the stability of quarry structures. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 59(1), 22-32. https://doi.org/10.31721/2306-5435-2025-1-22-32
uk