Factors influencing the flooding process of former coal open-pits

Abstract

Purpose. This study aims to identify the main factors that influence the flooding process of the remaining gaps of open-pits comprising essentially the velocity and duration of flooding, but also the stability of in situ and dump slopes during and after the flooding and the water quality in order to ensure the takeover of the future function of the land as soon as possible and the safety of objects and local communities. Methods. Establishing the three categories of factors that influence from a quantitative and qualitative point of view the flooding of the remaining gaps of the open pits. Analysis of the key factors in the flooding process of the remaining gaps, in terms of their contribution to reducing or increasing the flood duration and to reducing or increasing the stability reserve of different types of slopes. Findings. The interdependence and cumulative action of factors that influence the flooding process of remaining gaps and the stability of in situ and dump slopes materializes in worsening the strength characteristics of rocks and changing the state of stress and deformations in the rock mass. Originality. The paper provides a detailed description of the key factors and the interactions between these and their influence on the flooding process, stability, and the factor of safety. Their influence and interactions are highlighted through a case study conducted at the Peșteana mining perimeter level. Practical implications. The flooding of the remaining gaps can cause loss of slope stability during and after the flooding process. Unexpected geotechnical phenomena such as landslides, liquefaction, suffosis, rock falls and/or the water quality of the pit lake can be hazardous to natural and/or anthropic objects and local communities. Safety is essential. Therefore, this study suggests taking into account the most important factors that influence the flooding process when evaluating the flooding possibility of remaining gaps. Engineers, researchers, mine planers, local authorities, and students will have essential information and will know when and where special attention will be needed in the case of flooding of former open-pits.

Мета. Визначення основних факторів, що впливають на процес затоплення колишніх кар’єрів для забезпечення якнайшвидшого переходу до майбутнього використання земель та безпеки об’єктів і місцевого населення. Методика. Встановлення трьох категорій факторів, що впливають з кількісної та якісної точки зору на затоплення залишених пустот кар’єрів. Аналіз ключових факторів процесу затоплення залишених щілин з точки зору їх вкладу в скорочення або збільшення тривалості паводку і у зменшення або збільшення запасу стійкості різних типів схилів. Вплив і взаємодія факторів вивчалися по периметру гірничого відводу кар’єра Пештеана. Результати. Взаємозалежність і кумулятивна дія факторів, що впливають на процес затоплення відпрацьованих пустот і на стійкість укосів і відвалів, призводить до погіршення міцності гірських порід та зміни напруженого стану і деформацій в гірському масиві. Виявлено, що по периметру Південного і Північного Пештеана не було зафіксовано великих зсувів до або під час повені, однак в Північному Пештеані відмічається кілька зон суфозії до затоплення, і можливі проблеми могли виникнути під час процесу затоплення. Встановлено, що серед факторів, що впливають на стійкість схилів, антропогенні та біотичні фактори мають позитивну дію у випадку периметра Пештеана через відповідні розміри робочих і відсипаних ступенів, самовільного зародження рослинності у відвалі, ефекту ерозії та ін. Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок між ключовими факторами та їх впливом на процес затоплення, стійкість і коефіцієнт безпеки укосів в умовах кар’єру Пештеана. Практична значимість. Отримані результати корисні для дослідників, інженерів, проектувальників гірничих робіт, місцевої влади та студентів у контексті отримання важливої інформації протікання процесу затоплення колишніх кар’єрів і прогнозу непередбачених геотехнічних явищ.

Цель. Определение основных факторов, влияющих на процесс затопления бывших карьеров для обеспечения скорейшего перехода к будущему использованию земли и безопасности объектов и местного населения. Методика. Установление трех категорий факторов, влияющих с количественной и качественной точки зрения на затопление оставшихся пустот карьеров. Анализ ключевых факторов процесса затопления оставшихся щелей с точки зрения их вклада в сокращение или увеличение продолжительности паводка и в уменьшение или увеличение запаса устойчивости различных типов склонов. Влияние и взаимодействие факторов изучалось по периметру горного отвода карьера Пештеана. Результаты. Взаимозависимость и кумулятивное действие факторов, влияющих на процесс затопления отработанных полостей и на устойчивость откосов и отвалов, приводит к ухудшению прочностных характеристик горных пород и изменению напряженного состояния и деформаций в горном массиве. Выявлено, что по периметру Южного и Северного Пештеана не было зафиксировано крупных оползней до или во время наводнения, однако в Северном Пештеана отмечается несколько зон суффозии до затопления, и возможные проблемы могли возникнуть во время процесса затопления. Установлено, что среди факторов, влияющих на устойчивость склонов, антропогенные и биотические факторы имеют положительное действие в случае периметра Пештеана из-за соответствующих размеров рабочих и отсыпных ступеней, самопроизвольного зарождения растительности в отвале, эффекта эрозии и др. Научная новизна. Установлена взаимосвязь между ключевыми факторами и их влиянием на процесс затопления, устойчивость и коэффициент безопасности откосов в условиях карьера Пештеана. Практическая значимость. Полученные результаты полезны для исследователей, инженеров, проектировщиков горных работ, местных властей и студентов в контексте получения важной информации протекания процесса затопления бывших карьеров и прогноза непредвиденных геотехнических явлений.