Alunecarile haldelor de steril – factor de risc pentru carierele de lignit din Oltenia

In general, cele mai frecvente alunecari apar in cazul haldelor exterioare, construite in afara perimetrelor de exploatare, pe versanti sau de-a lungul vailor, cu sau fara lucrari hidrotehnice in baza.

Lucrarea de fata isi propune sa prezinte cateva studii de caz reprezentative pentru carierele din Oltenia, evidentiind cauzele, efectele si masurile adoptate pentru stabilizarea alunecarilor.

Zacamintele de lignit din Oltenia sunt situate in partea de sud-vest a Romaniei si se incadreaza in unitatea structurala a Depresiunii Subcarpatice, in aria cuprinsa intre Dunare si Olt (fig. 1). In depozitele pliocene din aceasta zona (dacian, romanian si pleistocen) au fost puse in evidenta 21 de strate de carbune, cantonate in formatiuni argilo-nisipoase, din care exploatabile sunt stratele V-XII.

Rezervele actuale de lignit ale acestui zacamant se cifreaza la cca. 1.250 milioane tone si fac obiectul exploatarii prin mine si cariere. De la inceperea activitatii de exploatare si valorificare a zacamintelor de lignit din bazinele miniere ale Olteniei (1965 – 1967), s-au extras peste 800 mili­oane tone de lignit. De asemenea, din cariere si exploatari subte­rane, au fost extrase si depozitate cantitati impresionante de steril, de peste 4.800 milioane m3.

Sterilul rezultat din activitatea de exploatare a lignitului a fost depozitat, initial, in halde exterioare, iar, pe masura dezvelirii vetrei carierelor, in halde interioare.

Haldarea materialului steril se realizeaza cu tehnologii in flux continuu, fiind folosite, in acest scop, instalatii de haldare de diferite tipuri (fig. 2). Atat haldele interioare, cat mai ales cele exterioare, se confrunta cu probleme de natura geo­tehnica majore, in sensul manifestarii instabilitatii lor. La haldele exterioare, problemele de instabilitate au un impact mai mare, intrucat in zona lor de influenta sunt unele obiective sociale sau de interes economic.

Cauzele instabilitatii haldelor de steril sunt legate de amplasament, de natura rocilor haldate si din fundament, de modul de constructie, de geometrie si altele.

Din punct de vedere al amplasamentului, ele sunt construite pe terenuri orizontale, pe vai si pe versanti. Dintre acestea, cele mai mari riscuri de natura geotehnica apar in cazul haldelor construite pe vai si versanti.

Din punct de vedere al naturii rocilor haldate, ele reprezinta un amestec neomogen. Ponderea dife­ritelor tipuri de roci variaza in limite destul de largi, in functie de litologia zacamantului:

• roci de natura nisipoasa (necoe­zive) – 20-30%;

• roci de natura prafoasa (slab coezive) – 7-15%;

• roci de natura argiloasa (roci coezive) – 55-60%.

Caracteristicile fizice si mecanice ale materialului din haldele de steril variaza in limite foarte largi, conform valorilor prezentate in tabelul 1.

Rocile din fundament sunt roci argiloase sau materiale aluvio­nare neconsolidate, care favorizeaza producerea de fenomene geominiere negative (tasari, refulari, cedari plastice).

Din punct de vedere constructiv, sunt halde cu inaltime mare (30 m – 100 m) si foarte mare (peste 100 m), construite in mai multe trepte, uneori pe terenuri inclinate (versanti), afectate sau predispuse la fenomene locale de alunecare sau pe vai cu sau fara regim permanent de apa.

FENOMENE DE INSTABILITATE A HALDELOR DIN OLTENIA

De-a lungul timpului, s-au produs numeroase fenomene de alunecare a haldelor de steril, cu consecinte mai mult sau mai putin grave asupra mediului inconjurator, asupra obiectivelor din zona de influenta sau asupra activitatii de productie. In cele ce urmeaza sunt prezentate doua studii de caz, pentru o halda exterioara amplasata de-a lungul unei vai, respectiv pentru o halda interioara amplasata pe un fundament inclinat, unde alunecarile au afectat ansamblul haldei.

Halda Valea Rogoazelor – cariera Rosiuta

A fost pusa in functiune in anul 1985 si ocupa partea superioara a vaii cu acelasi nume, care, in cea mai mare parte, a fost acoperita cu padure, fapt ce i-a asigurat un grad mare de stabilitate. Ulterior, prin defrisarea padurii, s-a redus gradul de stabilitate al versantilor. Din punct de vedere morfologic, Valea Rogoa­zelor era o vale larga care aduna mai multe paraie, cu regim permanent sau nepermanent de apa.

Conform proiectului initial, halda Valea Rogoazelor a fost prevazuta pentru un volum de 54,5 milioane m3, pe o suprafata de 189,25 ha, cu o inaltime de 140 m si unghi general de taluz de 60. A functionat pana in anul 2006, cand a fost afectata de o alunecare majora si a necesitat intreruperea activitatii de haldare. In intervalul 1995 – 2006, in aceasta halda s-au depozitat cca. 51 mili­oane m3, in 6 – 8 trepte, cu inaltime totala de 120 m si la unghi general de taluz de 40 – 80.

De la inceperea lucrarilor pana in momentul incetarii activitatii, in halda s-au produs mai multe feno­mene geominiere negative, dintre care se mentioneaza trei alunecari, care au pus in miscare volume de steril importante, si anume:

• Alunecarea din septembrie 2001 s-a produs de-a lungul vaii principale, pe o lungime de cca. 1.000 m, afectand 26 ha din suprafata haldei. Cauzele acestei alunecari sunt legate de prezenta apei in corpul haldei, fiind identificate ca si cai de patrundere a apei in halda: zonele de infratire a haldei cu versantii na­turali, izvoarele din fundamentul haldei si acumularile de apa din zonele denivelate, ca urmare a precipitatiilor atmosferice.

Ca masuri adoptate pentru dimi­nuarea influentei apei asupra stabi­litatii, se mentioneaza:

• canale de contur, ca lucrari pentru izolarea suprafetei finale a haldei de afluxul de apa de suprafata din exterior;

• lucrari pentru preluarea si transferul apelor de suprafata din zona amonte in zona aval a haldei;

• lucrari pentru drenarea apei de pe suprafetele provizorii si finale ale haldei, cat si pentru coborarea nivelului piezometric din materialul haldat (drenuri orizontale si foraje de drenaj);

• lucrari de scarificare, pentru realizarea conlucrarii materialului haldat cu terenul de fundament;

• lucrari de nivelare si compac­tare a treptelor, taluzurilor si supra­fetelor finale.

Dupa aceasta alunecare, in halda Valea Rogoazelor s-a continuat depunerea sterilului, executandu-se, in paralel, urmatoarele lucrari de imbunatatire a stabilitatii:

• consolidarea zonei de la piciorul haldei, prin executarea unui pinten de pamant si a unui zid de
spri­jin din coloane tubate cu diametrul de 508 mm si lungimea de 17 m, din care 3 m reprezinta
coloa­na de lungire de la suprafata terenului; coloanele au fost preva­zute cu armaturi metalice betonate, iar coloanele de lungire au fost legate cu armaturi metalice si betonate, formand un zid de sprijin cu lungimea de aproximativ 60 m. In fata zidului de sprijin, la 2 m in interiorul haldei, a fost executat si un baraj de protectie, format din casete umplute cu balast;

• executarea a 6 foraje de hidro­observatie pentru monitorizarea nive­lului apei din corpul haldei si
evacuarea acesteia prin pompare;

• s-a asigurat, de asemenea, nivelarea sistematica a depunerilor de steril si respectarea elementelor geometrice proiectate.

Alunecarea din mai 2004 (fig. 3), a avut o amploare mai mica fata de cea din 2001, afectand cca. 9,5 ha din suprafata haldei. Efectele acestei alunecari au fost eliminate prin lucrari de regeometrizare si amenajare cu utilaje clasice. Alunecarea a fost cauzata de diminuarea caracte­risticilor geoteh­nice ale rocilor haldate, sub influenta apei.

Pentru urmarirea nivelului apei din corpul haldei s-au mai executat inca 6 foraje de hidroobservatie. Pana la producerea urmatoarei alunecari, nu au fost semnalate deformatii care ar fi putut indica alte fenomene de instabilitate (fisuri, crapaturi, scufundari, deplasari ale forajelor).

Alunecarea din februarie 2006 s-a produs in conditiile unor precipitatii abundente si de durata (cu valori maxime de 56 l/m2 in 24 h). Ca ur­mare, s-a produs o alunecare majora, prin desprinderea brusca a treptei superioare +350, afectand o supra­fata de 17,6 ha (fig. 3). Imediat dupa producerea alunecarii, s-a incercat stoparea sa prin interventii cu utilaje clasice. Precipitatiile abundente nu au permis, insa, executarea lucrarilor necesare, astfel ca apa din precipitatii s-a infiltrat in corpul haldei pe traiectul fisurilor si crapaturilor formate, si s-a accelerat viteza de alunecare la cateva zeci de metri pe zi, pe directia firului vaii. Miscarea haldei a continuat in luna aprilie, cand a fost reactivata si alunecarea din septembrie 2001, iar la inceputul lunii mai a fost depasit zidul de sprijin de la baza haldei, astfel ca a fost distrus si blocat un drum national, DN 67 (fig. 4).

Alunecarea s-a extins pe cca. 600 m latime si 2.200 m lungime, iar suprafata afectata de alunecare este, in prezent, de aproximativ 75 ha. Tinand seama de volumul de material antrenat, de diferenta dintre cota de desprindere si cota de extindere, de aspectul si pozitia suprafetelor de desprindere, s-a considerat ca supra­fata de alunecare a afectat si fundamentul haldei.

Pentru imbunatatirea conditiilor de stabilitate ale haldei, in zona din aval au fost executate lucrari de nivelare si s-au construit drenuri pentru dirijarea apelor in afara perimetrului haldei. In zona mediana s-au executat alte foraje de hidroobservatie, constatandu-se ridicarea apelor subterane, chiar pana la nivelul terenului. Producerea acestei alunecari de mari dimensiuni a condus la sistarea lucrarilor de haldare, urmand ca acestea sa fie reluate numai dupa consolidarea rocilor haldate. Intrucat s-a gasit o alta solutie de haldare a rocilor, in halda interioara a carierei Lupoaia, aceste lucrari sunt sistate si in prezent.

Halda interioara a carierei Oltetu

Halda carierei Oltetu inmagazi­neaza un volum de steril de cca. 45 milioane m3 si este construita in doua trepte cu inaltimea de cate 15 m si unghiuri de taluz de 300 – 400, la o inclinare generala de 50 – 60.

Avansarea haldei se realizeaza pe inclinare, de la nord la sud, pe vatra carierei. Halda este construita cu tehnologie in flux continuu, folo­sindu-se, in acest scop, o instalatie de haldare cu brat in consola de tip A2RsB4400x95.

Ca fenomene de instabilitate, s-au produs alunecari partiale de-a lungul frontului de haldare si o alunecare de mare amploare (2005), care a cu­prins aproape intreaga halda.

In baza observatiilor si cerceta­rilor geoteh­nice de teren, colectivul de cercetare a incadrat alunecarea haldei interioare a carierei Oltetu intr-una de tip progresiv, extinsa din treapta superioara in treapta inferioara si continuata pe planul de contact cu vatra carierei.

La partea inferioara s-a manifestat ca o curgere plastica (fig. 5), care a afectat frontul de extragere a carbunelui. Prezenta mai multor zone de rupere in masa alunecatoare atesta faptul ca s-au produs alu­necari rotationale multiple, convergente pe planul de contact.

Printre cauzele acestei alunecari se mentioneaza: avansarea pe incli­nare a haldei fara executarea treptelor de infratire si a drenurilor de colectare si dirijare a apelor pe fundamentul haldei, modificarea carac­teristicilor de rezistenta si lichefierea materialului haldat in zona de contact, infiltrarea apelor din precipitatii in corpul haldei si altele.

Ca masuri intreprinse pentru stabilizarea haldei se mentioneaza: regeometrizarea haldei si execu­tarea treptelor de infratire la nivelul fiecarui intrand de extragere (fasie de haldare), executarea de drenuri umplute cu balast in fundamentul haldei pe directia frontului, nivelarea si compactarea partiala a haldei.

In afara acestor doua studii de caz, fenomene de instabilitate, dar de mai mica amploare, s-au mai intalnit si la haldele exterioare ale carierelor Panga (jud. Valcea), hal­delor Bohorelu si Stiucani pentru carierele din bazinul Jilt (jud. Gorj) sau la halda Negomir a carierei Pinoasa (fig. 6).

CAUZELE INSTABILITATII HALDELOR DE STERIL DIN OLTENIA SI MASURI DE PREVENIRE

Pornind de la analiza alunecarilor mentionate si de la investigarea altor alunecari prezente in carierele de lignit, se pot evidentia cauzele instabilitatii haldelor de steril si pot fi identificate principalele masuri de prevenire.

Astfel, au fost identificate trei cate­gorii principale de cauze ale alunecarilor.

Cauze de natura geotehnica

• Amplasamente necorespunzatoare, haldele fiind construite, in multe cazuri, pe terenuri neadec­vate, si anume de-a lungul vailor cu sau fara apa in fundament si cu versanti cu inclinari de 10-150 sau pe versanti care, uneori, sunt afectati de alunecari superficiale;

• Terenul din fundament constituit din materiale aluvionare neconsolidate, care favorizeaza producerea tasarilor neuniforme si a alunecarilor de profunzime;

• Existenta rocilor argiloase in vatra carierelor;

• Natura rocilor depozitate, predominant argiloasa (55-60%), argilo-nisipoasa (20-30%) si argilo-pra­­foasa (7-15%), cu plasticitate ridicata (Ip>25%), in conditii de umiditate mare (s>0,8) si consistenta redusa (Ic<0,75);

• Permeabilitate redusa si neomogenitate a materialelor haldate, ceea ce nu permite eliminarea
apelor din corpul haldelor si consolidarea rocilor;

• Drenajul necorespunzator si neomogenitatea rocilor haldate favo­rizeaza manifestarea presiunilor
piezometrice in anumite zone si conduce la un comportament diferit al rocilor in conditii de solicitare si la aparitia zonelor de cedare plastica, favorabile destabilizarii haldelor.

Cauze de natura hidrogeologica si hidrotehnica

• Nivel freatic ridicat al apelor sub­terane, cu un caracter slab ascensional;

• Existenta unor surse de apa subterana care se scurg pe versanti si patrund in halde;

• Absenta lucrarilor de colectare si drenare a apelor de pe versanti;

• Neexecutarea sau executarea partiala a lucrarilor de drenaj de sub halde si manifestarea presiunii
apei in porii rocilor;

• Modificarea caracteristicilor geo­­teh­­nice ale rocilor haldate sub influenta factorilor hidrometeorologici si climatici.

Cauze de natura tehnologica

• Neexecutarea infratirii haldelor cu versantii naturali, prin realizarea treptelor de infratire;

• Nerealizarea scarificarii terenului de baza si neindepartarea solului vegetal;

• Depunerea descendenta a mate­rialului steril in haldele exterioare, ceea ce nu permite consolidarea
treptelor de baza, favorizand deformatiile plastice in corpul haldei si initierea unor alunecari partiale, odata cu cresterea unghiului de taluz;

• Absenta lucrarilor de compac­tare si nivelare a treptelor de halda, pentru reducerea tasarilor si a
infil­trarii apelor in corpul haldei;

• Incorporarea in halda a rocilor argiloase plastice moi si existenta, in unele cazuri, a zonelor de baltire a apelor in perioadele cu precipitatii abundente;

• Subminarea fundamentului hal­dei de eventuala prezenta a lucra­rilor miniere subterane;

• Depasirea unghiurilor de stabilitate ale rocilor prin supraincarcarea haldelor sau cresterea inaltimii
treptelor.

Masuri de prevenire a alunecarilor

Masurile de prevenire si comba­tere a alunecarilor vizeaza diminu­area sau anularea influentei factorilor care afecteaza stabilitatea taluzurilor treptelor de halda, stabilitatea de ansamblu a haldei si eliminarea cauzelor mentionate. Unele masuri vizeaza fundamentul haldelor, iar altele haldele de steril.

Ca masuri care vizeaza fundamentul haldelor se mentioneaza:

• pentru haldele amplasate pe versanti sau vai:

– curatirea zonelor cu alunecari active;

– realizarea treptelor de infratire pentru inclinari ale fundamentului mai mari de 100, inclinate cu 20-30 spre spatiul haldat, corespunzator fiecarui intrand (fasie de haldare);

– executarea de lucrari hidro­tehnice in fundamentul haldei, amplasate de-a lungul vailor, pentru colectarea si transferul apelor in afara haldei;

– executarea de drenuri sub halda, pentru dirijarea apelor infiltrate spre lucrarile hidrotehnice din fundament;

– excavarea si indepartarea stra­telor superficiale sau a rocilor argi­loase neconsolidate, pentru evitarea refularilor si a cedarilor plastice;

– haldarea ascendenta, pentru asigurarea consolidarii rocilor din treptele inferioare, in scopul construirii treptelor superioare.

• pentru haldele interioare:

– indepartarea materialului argilos, cu tendinte de alunecare sau cedare plastica, de pe vatra carierelor;

– executarea de drenuri sub halda prin umplerea vechilor canale de gospodarire a apelor cu balast, care asigura, pe de o parte, drenarea apelor din halda, iar pe de alta parte, cresterea coeficientului de frecare dintre rocile haldate si fundamentul haldei;

– scarificarea vetrei carierei, pentru o inclinare mai mica sau egala cu 100, in scopul unei mai bune conlucrari intre materialul haldat si fundamentul haldei; scarificarea se va realiza perpendicular pe directia de avansare a treptelor de halda;

– respectarea elementelor geometrice ale treptelor de halda si a decalajului intre trepte;

– realizarea programelor de haldare in concordanta cu dezvoltarea lucrarilor de excavare.

Masurile care vizeaza depozitul de steril vor fi de ordin constructiv si de intretinere a acestuia. Ca masuri de ordin constructiv se mentioneaza:

• respectarea elementelor geometrice ale treptelor de halda si a decalajului dintre trepte;

• respectarea tehnologiei de haldare prin depunere uniforma a roci­lor in halda;

• evitarea sortarii materialului haldat si acumularea bulgarilor argilosi la baza treptelor, prin dirijarea depunerii si a inaltimii de depunere si asigurarea unor spanuri de gro­sime redusa la excavarea rocilor;

• evitarea formarii zonelor depresionare in procesul de haldare si nivelarea treptelor de halda dupa avansarea fronturilor;

• executarea eventualelor lucrari de compactare a materialului haldat in scopul imbunatatirii caracteristicilor de rezistenta ale acestuia si reducerea infiltrarii apei in treptele de halda;

• asigurarea unei pante de scurgere a apelor de 20/00-30/00 spre canalele colectoare sau spre statiile de pompe;

• in situatiile in care este posibil, sa se realizeze un strat drenant la baza haldei prin extragerea selectiva a rocilor granulare.

CONCLUZII

Haldele de steril, fiind constructii ingineresti, reclama, inca din faza de proiectare, efectuarea de studii geo­tehnice privind amplasamentul si particularitatile geotehnice si hidrogeologice ale rocilor din fundament, regimul apelor de suprafata si subterane din zona amplasamentului, conditiile de stabilitate ale terenului din fundament, lucrarile ingineresti necesare pentru marirea gradului de stabilitate, parametrii geometrici si constructivi ai haldei, conditiile de stabilitate si factorii de risc care apar in timpul exploatarii. Pe timpul construirii si inainte de trecerea in conservare sau redare in circuitul economic, sunt necesare studii pentru aprecierea stabilitatii acestora si adoptarea de masuri pentru evitarea fenomenelor de instabilitate.

Evidentierea cauzelor si a masu­rilor care s-au impus pentru elimi­narea fenomenelor de instabilitate si asigurarea stabilitatii haldelor la carierele de lignit din Romania ofera posibilitatea de adoptare a acestor masuri si pentru alte cariere cu conditii similare.

BIBLIOGRAFIE

1. Lazar M., Rotunjanu L, Sistem complex de urmarire a nive­lului hidrostatic in corpul haldelor de steril. Contract de cercetare stiintifica nr. 1224/S/2006;

2. Rotunjanu L, Lazar M., Analiza stabilitatii haldei interioare a carierei Oltetu — E.M.C Berbesti. Contract de cercetare stiintifica nr.9/2005;

3. Rotunjanu L, Stabilitatea versantilor si taluzurilor. Ed. Infomin. Deva, 2005.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 95 – august 2013, pag. 54  

Autori:
prof. univ. dr. ing. Ilie Rotunjanu,
prof. univ. dr. ing. Maria Lazar – Universitatea din Petrosani, Facultatea de Mine, Departamentul Management, Ingineria Mediului si Geologie