Инструкция по наблюдениям за деформациями бортом, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости (649-сон)

26.02.1999

«УТВЕРЖДЕНА» постановлением коллегии Госгортехнадзора Республики Узбекистан № 09, 8 мая 1998 г. Председатель Госгортехнадзора А.Г. АХМЕДБАЕВ

Инструкция

[Зарегистрирована Министерством юстиции Республики Узбекистан от 26 февраля 1999 г. Регистрационный № 649]

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение удельного веса добычи полезных ископаемых в Республике Узбекистан происходит как за счет ввода новых мощностей, так и за счет реконструкции существующих горных предприятий, применения более совершенной технологии на базе новой техники, механизации и автоматизации производственных процессов.

При современных достижениях горной науки и техники представляется возможным и экономически целесообразным вести разработку открытым способом на глубинах 500—700 м и более. Однако, вместе с ростом глубины карьеров увеличивается также и срок службы их бортов. Характерной чертой современного этапа развития открытых работ является также вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными горно-геологическими условиями, что приводит к ведению горных работ при деформирующихся бортах карьера.

Практика показывает, что почти все открытые горные работы сопровождаются оползневыми явлениями. Наличие оползней и масштабных обрушений в карьерах наряду со значительным материальным ущербом нарушает правильное и безопасное ведение горных работ и вызывает значительные потери полезного ископаемого.

Правильное решение вопросов обеспечения устойчивости откосов на карьерах, своевременное предотвращение проявляющихся деформаций и корректировка углов откосов в зависимости от изменяющейся горно-геологической обстановки невозможны без постоянного контроля со стороны геолого-маркшейдерской службы горных предприятий за состоянием откосов уступов, бортов и отвалов карьеров.

По мере постановки бортов в предельное положение маркшейдерская служба должна проводить упрощенные и инструментальные наблюдения, необходимый объем которых из рекомендуемого инструкцией комплекса работ на каждом карьере определяется техническим руководством и после согласования с местным органом Госгортехнадзора утверждается вышестоящей организацией.

Методика и точность маркшейдерских измерений определяется масштабами горных разработок, величинами и скоростями развития деформационных процессов.

Весь комплекс работ по обеспечению устойчивости откосов на карьерах состоит из наблюдений за деформациями откосов, расчетов устойчивости, для установления их оптимальных параметров, разработки и осуществления мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости откосов.

В настоящей Инструкции изложены комплексные маркшейдерские и инженерно-геологические наблюдения в различных горно-геологических условиях, приведены данные по физико-механическим и прочностным свойствам горных пород ряда действующих карьеров Республики Узбекистан, Казахстана и Урала для использования их в качестве аналогов и основные мероприятия по предотвращению нарушений устойчивости откосов и обеспечению безопасности работ на карьерах.

Настоящая Инструкция разработана в соответствии с Законом Республики Узбекистан «О недрах» от 23 сентября 1994 г., постановлениями Кабинета Министров Республики Узбекистан от 10.01.96 г. № 17 «О совершенствовании деятельности Государственного комитета Республики Узбекистан по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору», от 09.10.97 г. № 469 «О мерах по обеспечению законности нормативных актов министерств, государственных комитетов и ведомств».

Настоящая Инструкция переработана на основе действующих до настоящего времени в Республике Узбекистан : «Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости», утвержденной Госгортехнадзором СССР 21.07.70 г. — Ленинград: В НИМИ, 1971, и «Методических указаний по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов», утвержденных Минуглепромом СССР в 1987 г. — Ленинград: ВНИМИ, 1987, с учетом анализа накопленного опыта изучения деформаций бортов карьеров и отвалов и применяемых методов наблюдений за устойчивостью откосов.

С введением в действие «Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости» выше указанные нормативные акты бывшего СССР на территории Республики Узбекистан не действительны.

Настоящая Инструкция предназначена для горных предприятий, разрабатывающих твердые полезные ископаемые открытым способом, а также для проектных и научно-исследовательских организаций, занимающихся проектированием открытых горных работ, наблюдениями за деформациями и оценкой устойчивости бортов карьеров.

Инструкция по наблюдениям за деформациями боргов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости составлена научно-исследовательским отделением Среднеазиатского проектно-изыскательского и научно-исследовательского института промышленной технологии (САЗНИПИПТ).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Целью работ, предусмотренных настоящей Инструкцией, является:

а) изучение деформаций бортов карьеров, уступов и отвалов и выявление причин их появлений;

б) установление оптимальных параметров откосов для различных участков горных работ;

в) предупреждение развития масштабных деформаций на карьерах и разработка мероприятий исключающих проявления деформаций, опасных для жизни людей и влекущих снижение экономической эффективности работ.

1.2. Для выполнения поставленных задач на карьере должны проводиться систематические инструментальные наблюдения за деформациями откосов, изучение физико-механических свойств горных пород, тектоники, трещиноватости и гидрогеологических условий.

1.3. Для разработки противодеформационных мероприятий выполняются следующие виды работ:

а) проведение систематических визуальных и инструментальных наблюдений за состоянием бортов, откосов и отвалов, изучение структурных особенностей массива и горно- технических и горно-геологических условий эксплуатации карьера;

б) выявление зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций и организация на этих участках детальных наблюдений для изучения процесса и определения границ деформирования пород;

в) изучение обнаруженных нарушений устойчивости, установление причин возникновения характера их развития и степени опасности;

г) составление проектов искусственного укрепления пород в ослабленных зонах, контрфорсов, пригрузок откосов и других мероприятий по борьбе с разрушениями откосов на карьерах;

д) систематический контроль за состоянием противодеформационных сооружений и выполнением мероприятий, предотвращающих дальнейшее развитие деформаций пород в откосах;

е) контроль за соблюдением проектных параметров откосов уступов отвалов и бортов карьера.

1.4. Объем необходимых работ из рекомендуемого Инструкцией комплекса работ на каждом карьере определяется техническим руководством и после согласования с местным органом Госгортехнадзора Республики Узбекистан утверждается вышестоящей организацией.

1.5. Общее руководство и ответственность за современное и качественное выполнение работ по наблюдениям за деформированием пород в бортах карьера и отвалов и оперативному обеспечению их устойчивости возлагается на главного инженера предприятия.

Для проведения утвержденного перечня работ в геолого-маркшейдерской службе предприятий должны быть предусмотрены соответствующие штаты или образуется специальная группа специалистов (маркшейдер, геолог, геофизик, горняк).

1.6. Для выполнения специализированных работ, рекомендуемых Инструкцией, могут быть привлечены научно-исследовательские и проектные организации, что не снимает ответственности с горного предприятия за современное выполнение утвержденного комплекса работ.

1.7. Основными факторами, способствующими возникновению и развитию деформаций пород в откосах, являются:

а) наличие поверхностей ослабления — тектонических нарушений, поверхностей скольжения древних оползней, слабых протяженных контактов между слоями;

б) обводненность пород;

в) интенсивная трещиноватость отдельных участков (зон);

г) наличие прослоев слабых глинистых пород;

д) несоответствие углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов геологическим условиям;

е) неправильное ведение буро-взрывных работ;

ж) неправильная оценка устойчивости откоса или принятие углов откоса без достаточного обоснования.

1.8. Детальное изучение неблагоприятных для устойчивости откосов уступов и бортов карьера геологических факторов следует продолжать как период строительства карьера, так и в период его эксплуатации.

1.9. Визуальное обследование состояния откосов производится не реже одного раза в месяц и включает в себя фиксирование всех признаков проявления деформаций и геологических и гидрогеологических условия на участке проявления деформаций. Результаты визуального обследования заносятся в специальный журнал осмотра состояния откосов.

1.10. При выполнении визуальных и инструментальных наблюдений должны соблюдаться «Правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом», утвержденные Госгортехнадзором Республики Узбекистан от 11.08.95 г., протокол № 14, государственная регистрация за № 163 от 18.08.95 г.

В случае, когда на бортах карьера выполняется профилирование откоса, наблюдение за выветриванием пород в уступах или натурные испытания пород (срезание призм), должна производиться предварительная оборка откосов уступа с целью предотвращения вывалов в период проведения наблюдений.

2. ТИПЫ РАЗРУШАЮЩИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД

2.1. Практика отработки месторождений открытым способом, натурные наблюдения за деформациями бортов карьеров и исследования их напряженно-деформированного состояния на моделях из эквивалентных материалов свидетельствует о том, что прибортовой массив претерпевает деформации сдвига по поверхностям ослабления или по поверхностям потенциального сдвижения пород (1—4).

2.2. Длительное время согласно общепринятым классификациям (4,5) крупномасштабные деформации бортов карьера относили либо к оползням, либо к обрушениям. Оползни в большинстве случаев происходят в слабых породах глинистого или суглинистого состава или по тектоническим нарушениям, заполненным глинкой трения, под действием касательных напряжений. Оползни характеризуются длительным течением процесса и пологими углами поверхности скольжения. Обрушения происходят в крепких скальных и полускальных породах по крутым поверхностям скольжения при преобладании растягивающих напряжений в верхней части борта. Разрушение массива хрупкое.

2.3. Изложенные представления о деформировании откосов в основном подтверждаются многолетней практикой ведения открытых горных работ на рудниках и угольных месторождениях. Однако опыт показывает, что имеются и другие виды деформаций бортов, сложенных относительно слабыми породами и имеющие пологие углы наклона, а следовательно, и пологие поверхности скольжения. Деформирование таких бортов происходит со скоростным смещением пород, характерным для обрушений, но им предшествуют медленные подвижки, свойственные оползневым процессам. Таким образом, деформации откоса представляются сначала в виде оползня неустойчивого массива, а завершаются его обрушением, то есть происходит оползень-обрушение (6, 7).

2.4. Аналогичный оползень-обрушение нерабочего борта имел место в 1990 году при отработке месторождения Меловое. В момент обрушения борт имел параметры: высоту — 110 м , угол наклона — 22° , протяженность — 950 м (рис. 2.1). Объем деформированной породы составил 25 млн. м3. По рекомендации (6) борт высотой 110 м даже при угле наклона 24° должен иметь достаточный запас устойчивости. Однако практикой этот прогноз не подтвердился.

Рис. 2.1 Профиль борта карьера до (1) и после (2) обрушения. 3 — поверхность; 4 — слоистое основание борта

Рис. 2.2. Схема деформирования борта при наличии в его основании слабых прослоев. 1 — клин давления, 2 — призма упора. Н90 — высота пригрузки, С — сцепление пород, φ — угол внутреннего трения; γ — объемный вес пород.

2.5. Как показал анализ (6), механизм разрушения борта был обусловлен недостаточной несущей способностью водонасыщенных глин при больших нагрузках (см. рис. 2.2). По мере нарушения связей оседающего клина с массивом нарастало давление на призму упора, породы которой не подвержены пластическому деформированию. В итоге происходит разрушение пород в окрестности острия гравитационного клина и отжим воды, что приводит к резкому снижению коэффициента трения, в результате чего потенциальная энергия покоя переходит в кинетическую энергию движения призмы упора. Последняя с большой скоростью смещается по слою разуплотненных глин, или контакту с низким коэффициентом трения.

2.6. На карьерах могут иметь место следующие типы разрушающих деформаций: осыпи, обрушения, оползни, просадки, оплывины и фильтрационные деформации (см. табл. 2.1).

2.7. Приповерхностные деформации (осыпи, оплывины, выпор, поверхностная эрозия) фиксируются визуальными и упрощенными наблюдениями.

Глубинные деформации (оползни, обрушения) зарождаются в глубине прибортового массива и не сразу достигают поверхности откосов или земной поверхности. Поэтому формирование глубинных разрушающих деформаций в начале их развития можно фиксировать маркшейдерскими наблюдениями на наблюдательных станциях, заложенных внутри прибортового массива.

2.8. Деформирование бортов в виде хрупкого обрушения может быть показано на примере обрушения бортов глубоких (около 500 м) карьеров Кривбасса, где проектные значения углов наклона построенных бортов близки к углом естественного откоса разрушенных скальных пород, находящихся в переделах 35—400 (8).

Экспериментальные исследования, приведенные в работе (8), показали, что под влиянием взрыва в уступе за последним рядом скважин образуется поверхность скольжения, по которой идет смещение пород вверх и возникает трещиноватость. Вследствие сдвига поднятие пород на удалении 5—10 м от последнего ряда скважин достигает около 0,5 м, а граница сдвижения удалена от последнего ряда скважин на 25—30 м. Поэтому разрушение (обрушение, уступов происходит по поверхностям сдвига, возникающим во время отбойки данного блока.

2.9. Из всех видов разрушающих деформаций оползни и оползни-обрушения оказывают наибольшее влияние на ведение горных работ в карьере, а в отдельных случаях носят катастрофический характер и приводят к полному прекращению работ в карьере. Поэтому маркшейдерские инструментальные наблюдения необходимо вести прежде всего с целью выявления начала процесса оползнеобразования и характера развития его во времени.

Рис.2.3 Характер развития оползней, а, б, в — соответственно скрытая, равновесная и затухающая стадии развития оползня, 1 —контур откоса на момент его формирования, 2 — зоны локального сдвига, 3 и 4 — контуры откоса до начала и на начало ползучести, 5 — зона ползучего сдвига, 6 — контур откоса в стадии оползневого срыва, 7 — поверхность скольжения

2.10. Процесс формирования оползня состоит из стадий развития оползня (СРО). Скрытая СРО — период развития без визуально прослеживаемых признаков. Относительные горизонтальные деформации в этой стадии не превышают 1-2 мм/м.

Начальная СРО — период, характеризующийся проявлением визуально прослеживаемых признаков разрушения горных пород ( появление трещин, заколов, проседания, расслоения и др. нарушений) и началом формирования поверхности скольжения и оконтуривания трещинами отрыва. Смещения бортов карьера колеблются в пределах от 5 см до нескольких метров.

Равновесная СРО. Характеризуется равновесием внешних слагающих сил и внутренних сил сопротивления сдвигу и относительно невысокой постоянной скоростью смещения оползня.

Активная СРО — период сдвижения оползня с непрерывно возрастающей скоростью смещения и разрушением призмы упора.

Затухающая СРО — период смещения оползня с затухающей скоростью до полной остановки.

2.11. На основании натурных наблюдений и моделирования откосов установлены схемы развития оползней на различных стадиях развития оползня, которые приведены на рис. 2.3.

3. ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ, ТРЕЩИНОВАТОСТИ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ МАССИВОВ

3.1. Изучение геологического строения и физико-механических свойств пород

3.1.1. Объем работ по изучению геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождения должен устанавливаться с учетом изученности этих условий при разведке и с учетом устойчивости пород в откосах (приложение № 1).

3.1.2. В скальных крепких породах изучению подлежат трещиноватость, слоистость и сланцеватость пород, дизъюнктивные нарушения и тектонические трещины большой протяженности. Гидрогеологические факторы в этих условиях существенного влияния на устойчивость бортов не оказывают.

3.1.3. В породах средней прочности изучению подлежат факторы, указанные в п. 3.1.2, и структурные особенности массива, прочность пород в образце и гидрогеологические условия.

Важным показателем является гидростатический напор в пределах призмы возможного сползания откоса.

3.1.4. В слабых глинистых и несвязных породах подлежат изучению минералогический состав и прочность пород, склонность их к набуханию и проявлению пластических деформаций, наличие в слоистом массиве поверхностей ослабления (слабых контактов между слоями, зеркал скольжения, слабых пропластков) и гидрогеологические условия.

3.1.5. Основные характеристики прочности пород (сцепление и угол внутреннего трения) должны определяться в лабораторных условиях путем испытания на срез или трехосное сжатие в стабилометре однородных малогабаритных образцов, отобранных из свежих обнажений в карьере, или из керна инженерно-геологических скважин.

3.1.6. Определение сопротивления сдвигу горных пород в массиве с учетом их слоистости, сланцеватости и трещиноватости производится в полевых условиях путем испытания на срез призм горных пород размерами порядка 40 x 60 x 120 см.

Количество натурных испытаний должно быть не менее трех для каждой разновидности пород, при этом испытаниями необходимо определить как прочность трещиноватого массива, так и прочностные характеристики по поверхностям ослабления.

Натурные испытания должны проводиться по методике, изложенной в приложении № 2.

3.1.7. Величину сцепления горных породе массиве с учетом его трещиноватости определяют по формуле:

λ0 — коэффициент структурного ослабления пород;

См, С0 — сцепление пород соответственно в массиве и образце.

Значения λ0 для разновидностей пород можно определять натурными испытаниями или по таблицам 1, 2 коэффициентов структурного ослабления пород для карьеров Казахстана, Урала и карьера Мурунтау. Приложение № 3.

3.1.8. Изучение состава, физических и водных свойств осуществляется по методикам, изложенным в работе (9).

3.1.9. Определение прочностных характеристик песчано-глнннстых пород должно выполняться на приборах одноплоскостного среза, косого среза и в стабилометрах.

Для комплексного определения прочностных характеристик горных пород используются стабилометры с полной автоматизацией по методике, изложенной в работе (10). Перечень и объем лабораторных определений физико-механических свойств пород, необходимых для решения вопросов устойчивости бортов карьеров, приведены в приложении № 4.

3.1.10. Определение прочности горных пород на одноосное сжатие производится в соответствии с общепринятыми методиками. При проведении упрощенных наблюдений прочность пород определяется испытанием на одноосное сжатие образцов неправильное формы, отобранных с поверхностей откосов. Методика таких испытаний дана в приложении № 5.

Прочность анизотропных пород целесообразно определять методом раскалывания (Бразильский метод) на приборе БУ-39 образцов неправильной формы.

Метод определения σсж методом раскалывания описан в работе (11).

3.1.11. Величина сцепления в образце определяется по результатам испытаний на одноосное сжатие по формуле

φ — угол внутреннего трения

3.1.12. Для крепких пород угол внутреннего трения определяется:

а) путем построения паспортов прочности образцов по результатам значений σр и σсж, определенных методом раскалывания образцов;

б) путем проведения испытаний образцов в приборах «косого среза»;

в) по табличным данным (см. приложения №№ 6, 7, 8).

3.1.13. Определение сопротивления сдвигу по поверхностям ослабления (трещинам, слоистости, сланцеватости) производится в лабораторных условиях на специальном срезном приборе, или в полевых условиях — путем натурных испытаний. При ближенные значения углов трения по поверхностям ослабления приведены в приложении № 7.

3.1.14. Для песчано-глинистых пород определение сопротивления сдвигу производится в стабилометре, в одно плоскостных рычажных приборах «косого среза». При этом должны быть выполнены два основных требования:

а) испытуемый образец должен иметь исходное состояние (плотность — влажность), которое он имел при отборе образца в борту карьера, или отвала;

б) исходное состояние образца должно сохраняться до конца проведения испытания, что достигается проведением испытаний по схеме быстрого среза (длительность испытаний не более 8—10 мин.).

3.1.15. Отбор образцов пород для проведения испытаний следует производить непосредственно в карьере из свежих обнажений с учетом охвата всех литологических разностей. Отбор образцов производится в виде монолитов размерами 20 x 20 x 30 см.

Отбор образцов может производиться также из инженерно-геологических (структурных) скважин. Скважины следует располагать в прибортовой части массива в пределах призмы возможного обрушения нерабочих бортов карьера.

Минимальный диаметр керна для лабораторных испытаний должен быть: для скальных пород — 40 мм; для полускальных — 55—60 мм; для слабых пород — до 100 мм.

3.1.16. При бурении скважин в песчано-глинистых породах в качестве промывочной жидкости должен применяться густой глинистый раствор — для предотвращения набухания или размыва керна.

Для отбора образцов сланцеватых глин, крупно-зернистых и гравенистых отложений целесообразно применение грунтоносов.

Методика отбора проб и порядок их парафинирования изложены в приложении № 9.

3.1.17. Перед испытаниями на срез разуплотненные образцы выдерживаются в уплотнителях под природными нагрузками до полной стабилизации, неразуплотненные образцы испытываются без предварительного уплотнения.

3.1.18. Испытания на срез песчано-глинистых пород производятся при 3-4-х возрастающих нормальных нагрузках, из которых максимальная должна составлять не менее 80% от бытовой нагрузки, а минимальная — 15—20%.

Во избежание оттока воды испытания производятся по схеме быстрого среза; сдвигающие нагрузки прикладывают ступенями через 1 мин, а отсчет деформаций производится через 30 сек.

3.1.19. Сопротивление срезу глинистых пород с учетом набухания в откосах определяется путем испытания образцов, которые выдерживают в уплотнителе под водой при разных нагрузках (0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3 МПа). Нормальная нагрузка при срезе набухших образцов, во избежание отжима воды и выдавливания породы в зазоры уменьшается на 20 — 30% по сравнению с нагрузкой в уплотнителе.

3.1.20. Сопротивление сдвигу по контактам и трещинам можно определить путем проведения испытаний на сдвиг образцов пород в рычажных одноплоскостных приборах по схеме повторного сдвига.

3.1.21. Испытания глинистых пород сопровождаются определением напряжений, вызывающих незатухающие пластические деформации (предел текучести).

Определение предела текучести производится по способам, изложенным в приложении № 10.

3.1.22. Определение сопротивления срезу отвальных пород глинистого состава производится на обычных сдвиговых приборах. Из отобранных образцов изготовляется стружка толщиной 2-3 мм, которая укладывается в уплотнители и выдерживается в течение 2 часов при 3-4 возрастающих нагрузках, достигающих нагрузок в основании отвала. Испытания проводят по методу быстрого сдвига (в соответствии с п. 3.1.18).

Предельным сопротивлением сдвигу глинистых отвальных пород считается сопротивление, соответствующее нормальному напряжению, при котором начинается отжим воды.

Для учета дополнительного увлажнения в основании отвальных пород, испытания образцов на сдвиг следует проводить при влажности образцов на 2—6% превышающей естественную.

3.1.23. Испытания отвальных пород из смеси глин и грубообломочных крепких пород необходимо проводить в приборах с увеличенной площадью сдвига. Соотношение диаметра срезной коробки и диаметра крупных включений должно быть не менее 15.

3.1.24. С целью прогнозирования фильтрационных деформаций, кроме изучения механических характеристик (п.п. 3.1.17—3.1.22) дополнительно определяются: гранулометрический состав песчаных пород, коэффициент неоднородности, коэффициенты фильтрации песков и песчаных глин, величины напора водоносных горизонтов.

3.1.25. На соляных карьерах следует определять химсостав растворимых пород и цементирующего материала и химсостав подземных вод.

3.2. Изучение структурных особенностей массива

3.2.1. Изучение структурных особенностей горных пород включает:

а) определение элементов залегания и характера основных поверхностей ослабления (тектонических нарушений, ослабленных контактов, слабых пропластков);

б) установление пространственного положения основных систем трещин и интенсивности проявления трещиноватости;

в) выделение участков карьера с характерными структурными особенностями.

3.2.2. Различают два вида трещин: сплошные трещины большого протяжения (10 м и более) и трещины отдельности, которые имеют малую протяженность и являются более частыми. Ими определяются форма и размеры элементарных блоков горных пород.

3.2.3. Число трещин единой системы, приходящихся на 1 пог. м перпендикулярно плоскости трещин, характеризует интенсивность системы. Средняя интенсивность трещиноватости пород определяется интенсивностью трех близких к взаимоперпендикулярным системам.

Аналитически интенсивность трещиноватости выражается в виде:

l1, l2, l3 — расстояние в метрах между трещинами каждой системы.

3.2.4. Предметом изучения больших трещин является:

а) определение элементов залегания каждой трещины в нескольких точках;

б) плановая и высотная привязка точек замера;

в) характер поверхности трещин и заполняющий их материал.

3.2.5 Системы взаимоперпендикулярных (ступенчатых) трещин при крупности элементарных структурных блоков более 0,4 м изучаются детально с выделением отдельных участков с общей закономерностью развития трещин.

3.2.6. При большей интенсивности трещиноватости (размеры элементарного блока менее 0,4 м) залегание трещин отдельности не влияет на устойчивость массива. В этих случаях откос рассматривается как квазиоднородный массив.

3.2.7. Участок дня замера трещин отдельности должен быть расположен с учетом поучения трещиноватости всего комплекса горных пород, слагающего месторождение.

3.2.8. На каждом участке замера трещиноватости определяются следующие параметры:

а) элементы залегания всех систем трещин — напластования, сланцеватости и тектонических трещин;

б) интенсивность каждой системы трещин;

в) линейные размеры крупных трещин, характеристика трещин и материал заполнения;

г) форма структурных блоков.

3.2.9. Замеры элементов залегания трещин производятся горным компасом: в магнитных породах на каждом участке определяется магнитное склонение путем определения магнитного азимута направления с известным азимутом (сторона между двумя маркшейдерскими точками).

3.2.10. При описании указывается характер поверхности трещин (волнистая, ровная, шероховатая, гладкая) и матерная заполнения (глинка, окислы железа). Расстояние между трещинами измеряется линейкой, нивелирной рейкой или рулеткой.

3.2.11. Измеренные элементы залегания в каждой точке замера наносятся на азимутальные или прямоугольные диаграммы (см. приложение № 11). По диаграмме определяются средние значения элементов залегания систем, медианные значения для группы точек каждой системы трещин.

3.2.12. По результатам изучений составляются структурные карты и профили, на которые наносятся все точки замеров сплошных трещин и средние значения элементов залегания слоев, сланцеватости и систем мелких трещин.

3.2.13. Структурные карты и профили используются для выбора расчетных схем как для борта в целом, таки для отдельных уступов.

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМИРОВАНИЕМ БОРТОВ КАРЬЕРА

4.1. Задачи маркшейдерских наблюдений за деформацией откосов на карьерах

4.1.1. Целью маркшейдерских наблюдений является:

а) установление границ, вида и скорости деформаций горных пород прибортового массива;

б) определение критической величины смещений, предшествующих началу активной стадии, для различных инженерно-геологических комплексов пород;

в) прогнозирование развития деформаций во времени при эксплуатации карьера до проектной отметки.

4.1.2. Для организации маркшейдерских наблюдений устанавливаются наблюдательные станции. Они состоят, как правило, из пунктов высокоточной геодезической сети и отдельных профильных линий, по которым закладывают опорные и рабочие репера.

При строительстве карьера в неблагоприятных условиях разработки в техническом проекте должны быть предусмотрены проекты инструментальных наблюдений за деформированием бортов карьера в целом (пункты высокоточной геодезической сети) и за деформациями отдельных участков карьера (профильные линии). При отсутствии такого проекта последний должен быть составлен геолого-маркшейдерской службой предприятия.

4.1.3. Составление проекта наблюдательных станций и методики проведения инструментальных наблюдений основывается на следующих положениях:

а) возникновению оползней и обрушений предшествуют длительно развивающиеся микродеформации (скрытые) прибортовых массивов, что позволяет по результатам наблюдений судить о характере и степени опасности возможных деформаций пород и провести мероприятия для их предотвращения;

б) для правильной интерпретации характера деформирования бортов длительные инструментальные наблюдения должны сопровождаться изучением геологического строения отдельных участков и деформационных свойств слагающих их пород.

в) материалы инструментальных наблюдений должны способствовать возможности устанавливать оптимальные углы наклонов бортов с меньшим коэффициентом запаса;

г) данные маркшейдерских наблюдений должны способствовать своевременному выявлению характера начавшейся деформации, что дает возможность сделать прогнозы относительно ее развития во времени и пространстве, наметить и провести мероприятия по устранению причин, способствующих развитию опасных деформаций.

4.1.4. Проект наблюдательных станций должен состоять из плана расположения исходных, опорных и рабочих реперов, краткой пояснительной записки, а также разрезов по профильным линиям.

4.1.5. Проект устройства наблюдательных станций утверждается главным инженером предприятия.

4.2. Требования к методике наблюдений, их точности и периодичности проведения

4.2.1. Наблюдательную сеть следует строить по принципу от общего к частному. Опорные и исходные пункты закладывают вне зоны возможных деформаций с учетом максимальных размеров и глубины карьера. Максимальный размер зоны деформации принимают равным 1,5 Н (где Н — глубина карьера при предельно допустимых углах наклона бортов, полученных при коэффициенте устойчивости Кзап=1,3).

4.2.2. Для повышения точности и проведения оценки точности измерений проводят дополнительные (избыточные) измерения.

4.2.3. Начальные измерения на любых станциях следует выполнять не менее двух раз. Это позволит увеличить точность и надежность определения исходного положения реперов и по фактическим данным установить погрешности измерений.

4.2.4. При выборе оптимальной точности наблюдений в начальный период целесообразно исходить из минимальных величин смещений, которые поддаются интерпретации. В соответствии с указанным погрешность определения смещений m∆ѕне должна превышать ± 10 —15 мм, погрешность определения положения реперов ms= ±10 мм, а погрешность определения относительного смещения реперов при20-метровых интервалах ± 5 —7 мм.

4.2.5. Периодичность наблюдений на долговременных станциях зависит от степени устойчивости бортов и интенсивности понижения работ в карьере.

При Кзап= 1,5 и ежегодном понижении горных работ на 10 — 20 м, производят одну серию наблюдений за 1-2 года; при снижении запаса устойчивости наблюдательного борта наблюдения проводят не реже одного раза в год.

4.2.6. Временные инструментальные наблюдения на станциях, заложенных на участках борта с запасом устойчивости Kзaп< 1,3, проводят не реже, чем два раза в год.

4.2.7. При скоростях смещения, измеренных инструментально, более 0,1 мм/сут. Периодичность наблюдений назначают в соответствии с табл.4.1.

4.3. Закладка наблюдательных станций

4.3.1. Пункты высокоточной геодезической сети и профильные линии закладываются на менее устойчивых участках борта.

Наименее устойчивые участки характеризуются следующими признаками:

а) крутым углом заоткоски борта;

б) большой глубиной карьера;

в) подрезкой слоев в основании бортов;

г) наличием тектонических нарушений с неблагоприятным расположением относительно простирания и угла наклона бортов;

д) наличием слабых контактов и пластичных слоев в основании бортов и ослаблений;

е) обводненностью горных пород прибортового массива;

ж) наличием на бортах больших навалов породы;

з) сейсмическим воздействием взрывов и обрушений от работы горного оборудования.

4.3.2. Исходные пункты и опорные репера профильных линий должны быть заложены вне зоны деформаций. Количество опорных реперов должно быть не менее двух, на каждом конце профильной линии.

4.3.3. Расстоянием между рабочими реперами на земной поверхности на участке призмы возможного оползня (обрушения) — 5—10—15 м, с удалением от верхней бровки борта — от 15 до 30 м.

На каждой площадке уступа должно быть заложено не менее двух реперов — один около бровки уступа, другой — у подошвы вышележащего уступа. Расстояние между опорными реперами — не менее 20 м.

4.3.4. Исходные репера должны быть заложены вне зоны влияния горных работ и за пределами зоны возможного оседания земной поверхности под влиянием смещения уровня подземных вод при дренаже карьерного поля. Исходных реперов должно быть не менее трех.

4.3.5. Перенос проекта наблюдательной станции в натуре осуществляется инструментальным способом.

4.3.6. Закрепленный репер должен иметь прочную связь с породой и иметь отчетливый центр на головке репера для обеспечения точности наблюдений за его сдвижением в горизонтальной плоскости.

4.3.7. Рекомендуется закладывать репера следующим образом: в скважину диаметром 160—200 мм, пробуренную на 0,5 м ниже границы промерзания пород, бетонируется металлический штырь диаметром 20—30 мм. Верхний конец металлического штыря обрабатывается на полусферу, на которую наносится центр в виде отверстия диаметром до 2 мм и глубиной 4-5 мм. Цементный раствор заливается в каждую часть скважины на 0,4-0,5 м. Верхняя часть скважины заполняется песком или шлаком и плотно утрамбовывается.

Минимальная глубина закладки репера в мягких породах не менее 1,5 м. Рекомендуемые типы реперов показаны на рис. 4.1, 4.2.

Рис. 4.1. Типы реперов наблюдательных станций: а — заглубленный с бетонным якорем; б — забивной заглубленный; в — забивной с бетонным оголовком; 1 — песок; 2 — стальной штырь; 3 — бетон.

Рис. 4.2. Конструкция опорного пункта 1 — верхний столик с приспособлением для крепления теодолита; 2 — металлическая труба; 3 — песок; 4 — бетон.

Для закладки репера в скальных породах в выбуренную скважину бетонируется штырь длиной 30—50 см.

4.3.8. Дня закрепления рабочих реперов на срок службы до 3—6 лет могут быть рекомендованы забивные репера. Забивной репер представляет собой металлический штырь диаметром 25—35 мм, завершенный и заостренный с одного конца, второй конец обработан на полусферу, на которую нанесен центр. Длина штыря в зависимости от плоскости грунта от 0,7 м до 1,5 м.

4.3.9. После закрепления опорных реперов необходимо составить подробный абрис их расположения относительно постоянных ориентиров на местности и исходных реперов.

4.4. Приборы и инструменты для производства маркшейдерских наблюдений

4.4.1. При геометрическом нивелировании на наблюдательных станциях применяют высокоточные и точные нивелиры с увеличением не менее 25 и ценой деления уровня не более 20' на 2 мм (Н-1, Н-3 и др.), а также нивелиры с компенсатором (Ni 007, Ni ВЗ, Ni 025 и др.). При нивелировании применяют следующие типы реек: РН05 — односторонние штриховые инварные; РН-3 — двухсторонние шашечные. Применение складных реек недопустимо.

4.4.2. Измерение горизонтальных и вертикальных углов при наблюдениях линейно-угловых сетей и засечек выполняют высокоточными (ТО5, Т1) и точными (Т2, 2Т2, Тео 010 А, Те Bl, T5 и др.) теодолитами.

Необходимое количество приемов измерений в зависимости от требуемой точности измерения горизонтальных углов и типа применяемого теодолита приведено в табл. 4.2.

Инструментальная погрешность измерения вертикальных углов для теодолитов ОТ-02, Т2 и им равноточных составляет 3—5.

Для привязки наблюдательной станции можно использовать технические теодолиты (Т15, Т15М, Т30).

4.4.3. Тахеометрическую съемку оползней и обрушений производят тахеометрами Dahlta 020, Та-Д1, ТД ВГТ-006, ТВ и др.

4.4.4. При выполнении линейных измерений при любом методе наблюдений целесообразно использовать светодальномеры, обеспечивающие высокую точность измерений независимо от величины измеряемого расстояния. Для наблюдений можно применять любой светодальномер, позволяющий измерять расстояния до 500—2000 м со средней квадратической погрешностью менее 10 мм. Основные характеристики приборов приведены в табл. 4.3.

* Погрешность постоянная.

4.4.5. Погрешность измерения расстояний светодальномерами зависит от погрешности определения частот модуляции, показателя преломления воздуха, разности фаз и учета приборной поправки.

4.4.6. Все светодальномеры характеризуются высокой стабильностью частот кварцевых генераторов. Поэтому проверку частот достаточно производить 1-2 раза в год и обязательно после ремонта прибора.

4.4.7. При определении температуры воздуха и давления с точностью до 1°С и 3 мм рт.ст. (40 Па) погрешности определения коэффициента преломления не превысят 1 х 10-6 измеряемого расстояния.

4.4.8. Погрешность измерения разности фаз определяет точность прибора и зависит от параметров фазовращателя и числа приемов измерений. При измерениях длин в одном направлении число приемов измерений должно быть не менее двух. В том случае, если измерения производятся в прямом и обратном направлении, можно ограничиться одним приемом.

4.4.9. Определение приборной поправки следует производить равномерно для всего фазового цикла через 0,1 длины полуволны. Если отклонения отдельных значений от среднего носят случайный характер и их значения не превосходят удвоенной величины погрешности измерения разности фаз, то за окончательное значение принимают среднее по всем определениям. В противном случае приборную поправку вводят в каждое измеряемое расстояние в зависимости от величины фазового цикла.

Определение поправки производят на специальных лабораторных или полевых компараторах, а также измерением отрезков во всех комбинациях.

4.4.10. Измерение расстояний между реперами профильных линий можно производить также стальными рулетками длиной не менее 30 м и длинномером АД-1М. Компарирование рулеток следует производить через 2-3 серии наблюдений. Погрешность компанирования не должна превышать 1:20000 длины рулетки. Вынос скрытых центров осуществляется с помощью оптических (лотаппаратов) или жестких отвесов ОЖ-3.

5. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ

5.1. Наблюдения на профильных линиях

5.1.1. На профильных линиях выполняются.

а) определения величины сдвижения реперов в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

б) замеры ширины и протяженности трещин на земной поверхности и бермах уступа;

в) пополнительные съемки горных работ с указанием времени производства технологических операций и массовых взрывов.

5.1.2. Инструментальные наблюдения производят с целью:

а) привязки исходных и опорных реперов к опорной геодезической сети;

б) выполнения начальных наблюдений для определения исходного положения рабочих реперов;

в) проведения систематических наблюдений за положением реперов для определения их положения в процессе сдвижения прибортового массива.

5.1.3. Привязка исходных и опорных реперов осуществляется посредством триангуляции или проложением замкнутых полигонометрических ходов с изменением длины линий светодальномерами. Относительная ошибка хода должна быть не более 1:8000, а средняя ошибка измеренных углов не более 8".

Высотная привязка производится передачей отметок от пунктов геодезической сети геометрическим нивелированием с использованием «башмаков». Невязка прямого и обратного хода ∆h не должна превышать.

L — длина хода (в одном направлении), км

5.1.4. Начальные наблюдения на профильных линиях состоят из:

а) нивелирования реперов профильной линии;

б) измерений расстояний между реперами;

в) съемки трещин на участке расположения профиля.

5.1.5. Для определения начального положения реперов на каждой профильной линии выполняются две независимых серии измерений с интервалов 3—5 дней.

5.1.6. Нивелирование реперов по профильным линиям при углах наклона до 15° выполняется геометрическим способом, а на наклонных участках — тригонометрическим способом.

Измерение длин между реперами производится одновременно с нивелированием.

5.1.7. Нивелирование профильных линий ведут по реперам в прямом и обратном направлениях по двум шкалам реек, невязки между прямым и обратным ходами не должны превышать ƒдоп = ±10·√L, мм. или, ƒдоп = ±2.6·√п, мм, где:

L — длина хода в одном направлении, км;

n — число станций в ходе. Расхождение в превышениях между соседними реперами не должно превышать 5 мм.

5.1.8. Нивелирование реперов в каждой серии наблюдений производится дважды в прямом и обратном направлениях. Нивелирование производится из середины между связующими реперами с отклонением не более 2-3 м. Расстояние от инструмента до реек должно быть не более 50 м. Рейки устанавливаются непосредственно на верх репера.

5.1.9. Измерение расстояний между реперами производится компарированными стальными рулетками, мерными проволоками или светодальномерами. Вынос скрытых центров осуществляется с помощью жестких или шнуровых отвесов.

5.1.10. Измерение длины производится на весу с постоянным натяжением (100 Н), которое контролируется динамометром, на каждом интервале замера определяется температура воздуха с точностью 1°С.

5.1.11. Измерение длин должно производиться дважды в прямом и обратном направлении. Схема измерения длин между реперами показана на рис. 5.1.

5.1.12. Тригонометрическое нивелирование производят для определения превышений и горизонтальных положений между реперами профильных линий на участках с большими углами наклона поверхности и между реперами, расположенными на площадках разных уступов. Угловые измерения при этом производят теодолитами, обеспечивающими среднюю квадратическую погрешность измерения вертикальных углов 3-5", а линейные — светодальномерами (линейные измерения рулетками из-за больших погрешностей измерений могут быть рекомендованы при контроле больших величин смещений на активных оползнях).

5.1.13. Расстояния между реперами при тригонометрическом нивелировании с использованием светодальномеров могут достигать значительных величин, которые определяются диапазоном работы светодальномера и условиями видимости между реопределяются диапазоном работы светодальномера и условиями видимости между реперами. При расстояниях свыше 150—200 м значительное влияние на точность тригонометрического нивелирования оказывает вертикальная рефракция.

Рис. 5.1. Схема измерения длины интервала с использованием жестких отвесов и упорных станков: 1 — рулетка; 2 — проволока для закрепления груза; 3 — груз; 4 — бабина для рулетки; 5 — упорный станок с ручкой (6) и раздвижным упором (7), 8 — жесткие отвесы; 9 — блок для проволоки с грузом.

Рис. 5.2. Схема измерения расстояний, обеспечивающая относительно одинаковые условия для визирных лучей

5.1.14.Основные способы уменьшения влияния вертикальной рефракции:

— двухстороннее измерение вертикальных углов;

— определение превышений между двумя направлениями в примерно одинаковых условиях, см. рис. 5.2;

— выбор измеряемых интервалов при тригонометрическом нивелировании, обеспечивающих минимальное влияние рефракции.

5.1.15. При двухстороннем тригонометрическом нивелировании погрешности определения горизонтальных проложений и превышений определяются по формулам:

D — наклонное расстояние между точками, м

δ — угол наклона линии, градус;

R — средний радиус Земли, м; ρ" = 206265;

mD, mδ, mi — соответственно погрешности измерения расстояния, вертикального угла и высот приборов. ρ"-206265;

mΔк — погрешность, вызванная неодинаковостью коэффициентов рефракции при прямых и обратных измерениях, которая принимается равной mΔк = +0,5.

5.1.16. Д. течения примерно одинаковых условий для визирных лучей измерения следует выполнять по схеме, показанной на рис. 5.2. При измерениях светодальномер и теодолит устанавливают над точкой А на противоположном борту. По реперам 1—5, расположенным на различных уступа, последовательно измеряют наклонное расстояние и угол наклона

Превышение между реперами профильной линии определяют по формулам:

В этом случае исключается влияние на точность нивелирования погрешности измерения высоты прибора и уменьшается влияние вертикальной рефракции, так как условия прохождения визирных лучей на соседние уступы примерно одинаковы и величину mΔк можно принять равной 0,1-0,2.

Погрешности определения искомых величин определяют по формулам:

5.1.17. При тригонометрическом нивелировании по профильным линиям по грешности определения расстояний, измеряемые светодальномером, возрастают за счет погрешностей измерения вертикальных углов и влияния рефракции, а при уменьшении длины сторон увеличивается число стоянок, что также ведет к увеличению погрешности положения наиболее удаленного репера. Поэтому оптимальные расстояния при тригонометрическом нивелировании, обеспечивающие минимальные погрешности наиболее удаленного репера, равны 150 м при mв = 3 мм и 250—300 м при mв — 10 мм.

5.1.18. Выбор схем тригонометрического нивелирования профильных линий следует производить, исходя из конкретных условий наблюдений, а именно, из условий видимости между реперами, расположенными на разных уступах, и обеспечения минимальных погрешностей в определении положения реперов.

5.1.19. При производстве тригонометрического нивелирования с использованием светодальномеров, у которых отсутствуют приспособления для измерения вертикальны углов, возможно следующие схемы тригонометрического нивелирования:

— с независимым измерением длин и вертикальных углов;

— с последовательным выполнением угловых и линейных измерений;

— с одновременным измерением длин и углов наклона.

5.1.20. При тригонометрическом нивелировании (рис. 5.3) с раздельным выполнением угловых и линейных измерений светодальномером, установленным над точкой А на высоте ic, производится измерение расстояния D до отражателя над точкой В, высота установки отражателя Vc. Измерение зенитного расстояния Z или угла наклона выполняются отдельно при совершенно других высотах теодолита i и сигнала Vт.

Рис. 5.3. Соотношение геометрических элементов при раздельном выполнении угловых и линейных измерений.

Рис. 5.4. Соотношение геометрических элементов при одновременном выполнении угловых и линейных измерений

вычисления горизонтального проложения и превышения между точками А и В необходимо привести измеряемое расстояние к лучу визирования теодолита или наоборот.

В обоих случаях предварительно определяют вспомогательную величину h (см. рис. 5.3):

Поправка для приведения измеренной длины к линии зенитного расстояния:

Для приведения зенитного расстояния к длине поправку вычисляют по одной из формул:

где ρ" = 206265.

Знак поправок определяют знаком величины h.

5.1.21. При тригонометрическом нивелировании с последовательным выполнением линейных и угловых измерений наблюдения выполняют в следующем порядке. На точке, с которой производят измерения, устанавливают светодальномер и измеряют расстоянием до отражателя, расположенного на другом конце линии. Затем светодальномер осторожно извлекают из подставки и на его место устанавливают теодолит, т. е. расстояние Z на центр отражателя. Так как vc = VT = V, то формула (5.8) примет вид:

5.1.22. При одновременном измерении длин светодальномером и углов наклона теодолитом может применяться схема (рис. 5.4).

Над репером l интервал l-i центрируют теодолит. От направления между крайними реперами интервала откладывают угол β = 90° и на расстоянии 50—70 см закрепляют точку С', на которой устанавливают светодальномер. Определяют величины d и h. Затем на каждый репер измеряют светодальномером расстояние D, теодолитом — зенитное расстояние Z и по ординатометру поперечное отклонение репера от направления между крайними реперами. Ординатометр крепят непосредственно на отражатель.

Горизонтальное проложение, приведенное к створу профильной линии, и превышение могут быть вычислены по формуле:

d = dв +e; e — положительная величина при расположении точек С и О по другой стороне створа; в противном случае — отрицательная, см. рис. 5.4.

Величина поправки ∆Z не превышает 1" при e/D≥ 1:300 и ею можно пренебречь. Если высоты визирования теодолита и светодальномера сместить на величину h, т.е. применить для центрирования жесткий отвес с насадкой, то формулы (5.11) и (5.12) значительно упрощаются и принимают вид:

Vт — высота жесткого отвеса, м.

5.1.23. Средняя квадратическая погрешность определения положения относительно опорных реперов не должна превышать:

а) в вертикальной плоскости при геометрическом нивелировании

mh = ±6√L;

б) в горизонтальной плоскости

L — расстояние от рабочего репера до ближайшего опорного репера в км.

На участках тригонометрического нивелирования среднеквадратическая погрешность вычисляется по формулам (см. п. 5.1.15 — 5.1.16)

5.2. Обработка результатов маркшейдерских наблюдений

5.2.1. Камеральная обработка результатов каждой серии наблюдений заключается в следующем:

а) проверка полевых журналов;

б) вычисление высотных отметок рабочих реперов;

в) вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий (введением соответствующих поправок);

г) составление ведомости вертикальных смещений и горизонтальных смещений реперов, горизонтальных деформаций, деформаций сдвига и скоростей смещения реперов по направлению векторов смещения;

д) составление вертикальных и горизонтальных сдвижений и деформаций по профильным линиям и графиков скоростей смещения реперов по направлению векторов.

5.2.2. Вычисления превышений и отметок реперов производятся в журнале нивелирования.

Вертикальные смещения η, мм определяются по формуле:

где Нn — отметка репера из предыдущего или начального замера;

Нn+1 — отметка репера из последующего наблюдения.

5.2.3. При вычислении горизонтальных расстояний учитываются следующие поправки;

а) поправка на температуру

l — длина измеренной линии, мм;

d ‎‎— коэффициент линейного расширения, доя стальных рулеток d = 1,15 x 10-5;

t, tk — температура воздуха при измерениях и компарировании рулетки соответственно;

б) поправка за компарирование Δl2 принимается из паспорта компарирования рулетки;

в) поправка за провес рулетки, которая выражается по формуле:

L — длина всей рулетки;

l — измеренная длина интервала;

ΔL0 — поправка за провес навею длину рулетки, которая вычисляется по формуле:

f — стрела провеса при принятом натяжении измерения.

Т — величина натяжения, Н;

Q — масса одного погонного метра рулетки, кг/м;

г) поправка за наклон линии Δŀ4 определяется по формуле:

ŀ1 — измеренная длина интервала;

h ‎‎— превышение между реперами.

Если репер заложен вне створа, то вводится поправка за отклонение от створа Δŀ5

Δс — отклонение репера от линии створа.

5.2.4. При тригонометрическом нивелировании реперов вычисления производятся по общеизвестным формулам.

5.2.5, Относительные горизонтальные деформации интервала между двумя реперами определяются по формуле:

где: d0, d1, d2 горизонтальная длина интервала соответственно из начального, предыдущего и последующего наблюдений.

Относительные горизонтальные деформации за весь период наблюдений определяют по формуле:

Деформации, соответствующие увеличению интервала, обозначаются знаком (+) и называются растяжением, а соответствующие уменьшению интервалов — обозначаются (–) и называются сжатием.

5.2.6. Горизонтальные смещения реперов на момент каждой серии наблюдений определяются по формуле:

D1, D2 — горизонтальные проложения от опорного репера до данного репера, определяемые соответственно из начального и последующего наблюдения.

5.2.7. По смещениям реперов составляются ведомости величин сдвигов прибортовой зоны массива.

Величина сдвига γ определяется как отношение разности полных смещений соседних реперов к расстоянию между этими реперами по нормали к направлению смещения;

Δlп+1 — полное смещение переднего репера;

Δlп — полное смещение заднего репера;

m — расстояние между реперами по нормали к направлению их смещения.

Полное смещение реперов Δli определяют по формуле:

Величину сдвига относят к середине интервала.

5.2.8. Вертикальный и горизонтальный масштабы разрезов по профильным линиям должны быть одинаковы и равны по масштабу плана наблюдательной станции.

5.2.9. Масштабы графиков вертикальных и горизонтальных смещений, сдвигов, горизонтальных деформаций выбираются исходя из наглядности изображения, при сохранении масштаба расстояний между реперами.

5.3. Упрощенные маркшейдерские наблюдения

5.3.1. Упрощенные маркшейдерские наблюдения производятся на участках, где визуальным обследованием выявлены признаки формирующихся нарушений устойчивости откосов.

5.3.2. Если деформация откоса развивается интенсивно, то для наблюдений за ней закладывается временная наблюдательная станция из деревянных или металлических реперов, забиваемых в грунт. При этом опорные репера закладываются вне зоны заколов, а точность измерений линий 1:200.

5.3.3. Нивелирование реперов производится от опорного репера. Погрешность определения высоты рабочих реперов в прямом и обратном направлении не должна превышать 5 нм.

5.3.4. Наблюдения за раскрытием трещин производятся по парам реперов, установленных с двух сторон наблюдаемой трещины. Измерения производятся металлическими рулетками. Для более точных измерений используют специальные приспособления с индикатором часового типа. На протяженных трещинах устанавливается несколько пар реперов.

Периодичность взятых отсчетов по парным реперам определяется в зависимости от скорости раскрытия трещин и опасности возникновения обрушения. Резкое возрастание скоростей смещения свидетельствует о приближении момента обрушения.

5.4. Анализ результатов маркшейдерских наблюдений

5.4.1. Анализ сводится к следующему:

а) выделение участков бортов карьера, характеризующихся условиями, одинаково влияющими на устойчивость прибортового массива;

б) установление зон максимальных растяжений сдвигов на верхней площадке откоса и максимальных сдвигов и сжатия в основании откосов, которые соответствуют наиболее вероятному выходу потенциальной поверхности скольжения на поверхность откоса;

в) установление типа зафиксированных нарушений устойчивости откоса и типа потенциального оползня;

г) по графикам изменения скоростей смещения каждого репера во времени — определение влияния времени года и различных производственных процессов на развитие деформаций бортов карьера;

д) установление степени опасности деформаций с учетом принятой на карьере классификации.

5.4.2. Установление типа оползня и построение поверхности его скольжения производится по векторам сдвижения реперов.

Построение выполняют следующим образом (рис. 5.5, 5.6):

а) на профильной линии, где нанесен график сдвигов земной поверхности и в заданном масштабе векторы смещения реперов, из начала каждого вектора проводятся перпендикуляры в сторону массива;

б) от точки на земной поверхности с максимальным сдвигом строится вертикальный отрезок равный:

в) из конца Н90 и основания откоса проводят отрезки, параллельные векторам смещения до пересечения их с биссектрисами углов между соседними перпендикулярами;

г) из точек пересечения отрезков и биссектрис проводят новые отрезки, до пересечения с последующими биссектрисами и т.д.;

д) возможное несмыкание построенных линий исправляется проведением плавной кривой, как показано на рис. 5.5.

Если векторы сдвижения реперов параллельны слоистости пород, то это указывает на скольжение оползня по слоистости пород. Такие деформации характерны при контактных оползнях или подподошвенных оползнях отвалов;

е) при оползнях выпирания или надвига, связанных с наличием горизонтального слабого контакта или слабого прослойка в массиве формируется клин активного давления, призма упора и вал выпирания.

Общий вид оползня с векторами смещения реперов показан на рис. 5.6.

Построение потенциальной линии скольжения оползней выпирания и глубинных оползней лежачего бока производится аналогично вышеизложенному.

5.4.3. Степень опасности деформаций определяется по скорости смещения и величине деформаций путем сравнения их с допустимыми деформациями конкретных пород, установленными лабораторными исследованиями (приложение №14).

Время до обрушения откоса можно определять по формуле:

γпр — предельная относительная деформация сдвига, при которой наступает разрушение породы по лабораторным или натурным испытаниям.

Рис. 5.5. Построение поверхности скольжения в однородном откосе по векторам смещений реперов. 1 — график сдвигов.

Рис. 5.6. Построение поверхности скольжения по векторам смещений реперов при развитии оползня выпирания. 1 — график сдвигов.

γуст — деформация сдвига, при которой процесс деформирования происходит с постоянной скоростью;

φ — угол наклона отрезка графика зависимости γ = f(t) на участке постоянной скорости деформирования (значение tgφ численно соответствует скорости деформации сдвига).

На стадии затухающего оползневого процесса оценку времени до разрушения откоса следует осуществлять по выражению:

γi — деформация сдвига на момент расчета;

tgφi — скорость деформирования сдвига на стадии затухающей ползучести на момент достижения.

5.5. Использование линейно-угловых сетей для наблюдения за деформациями бортов карьера

5.5.1. Создание линейно-угловых сетей целесообразно для изучения деформаций бортов карьеров в начальной стадии деформирования, контроля планово-высотного положения опорных реперов профильных линий, а также при наблюдениях за смещениями крупных оползней.

5.5.2. Опорные пункты для линейно-угловых сетей закладываются вне зоны влияния горных работ. Количество опорных пунктов, места их закладки зависят от формы и размеров сети. Необходимо, чтобы расстояние от опорных пунктов до определяемых не превышало 2 км при минимальном количестве опорных пунктов 3 (см. рис. 5.7).

5.5.3. После решения вопроса о местах закладки рабочих пунктов выбирают метод измерений. Предпочтение отдается методу (триангуляции, трилатерации, полигонометрии и любому их сочетанию), который обеспечивает требуемую точность определения смещений при наименьшем объеме полевых измерений.

При расположении пунктов на площадках уступов рекомендуется использовать для наблюдений линейно-угловые пространственные сети.

Для сравнительной оценки метода построения сетей в качестве критерия следует принимать погрешность положения пункта в направлении вероятного смещения.

5.5.4. Погрешность определения положения пунктов по интересующему направлению вычисляют по формуле:

а и b — большая и малая полуоси эллипса, мм;

ө — дирекционный угол большой оси, градус;

φ — дирекционный угол вероятного направления смещения, градус.

Вероятное направление смещения, используемое для анализа точности схем наблюдений, в большинстве случаев следует принимать перпендикулярным простиранию борта. При наличии поверхностей ослабления, расположенных диагонально к простиранию откосов направление смещений выбирается с учетом элементов залегания этой поверхности.

5.5.5. Для карьеров круглой формы наиболее эффективной схемой наблюдений является замкнутый полигонометрический ход вокруг карьера с измерением светодальномером дополнительных сторон наиболее удаленных пунктов, рис. 5.7, а.

Для вытянутых карьеров — полигонометрические хода между пунктами высокоточной геодезической сети, рис. 5.7, 6.

5.5.6. Погрешности определения смещений при использовании полигонометрических ходов, параллельных бортам карьера, зависят от погрешности измерения углов mβ, величины которых при заданной величине погрешности определения mΔs определяют по формуле:

где: К - коэффициент, учитывающий протяженность и число пунктов в полигонометрическом ходе, определяется по графику на рис. 5.8.;

L — длина хода, м; р" = 206265.

5.5.7. Измерения в линейно-угловых сетях выполняют теодолитами и светодальномерами, количество приемов при измерении угла зависит от типа теодолита и необходимой точности измерения углов.

Методика определения длин сторон в сетях зависит от типа светодальномера, причем каждая длина должна быть измерена не менее двух раз при независимых центрированных приемах передатчика и отражателя.

5.5.8. Определение вертикальных смещений пунктов плановых линейно-угловых сетей производят геометрическим невелированием по методике нивелирования сетей III класса.

5.5.9. Камеральная обработка результатов предусматривает все этапы, необходимые для определения плановых и высотных смещений пунктов по разностям координат в соответствующих сериях наблюдений.

Рис. 5.7. Схемы линейно-угловых сетей для наблюдений за деформациями бортов карьеров в начальной стадии: а) — для карьера круглой формы; б) — для карьера вытянутой формы.

Рис. 5.8. График для установления погрешностей изменения углов и длин полигонометрических ходов.

5.6. Маркшейдерский контроль за ведением горных работ на деформирующихся бортах карьеров

5.6.1. Исследованиями деформаций прибортовых массивов установлено, что параметры бортов можно безопасно увеличивать до появления видимых трещин и заколов и вести горные работы на деформирующихся бортах, контролируя маркшейдерскими наблюдениями скорость деформирования.

5.6.2. Для надежной оценки степени опасности развивающихся деформаций предварительно устанавливают допустимые пределы смещений прибортового массива и критические скорости смещения для различных инженерно-геологических условий и типов формирующихся оползней.

5.6.3. Как правило, необходимость ведения горных работ на деформирующихся бортах возникает вследствие допущенных ошибок в оценке их устойчивости и назначении при проектировании завышенных параметров бортов, отстройка которых в процессе ведения горных работ приводит к возникновению трещин и заколов, развитию скоростей и величин смещений прибортового массива, близким к критическим.

Порядок ведения горных работ и способы маркшейдерского контроля за деформированием прибортового массива в околопредельном состоянии зависят от горно-геологических условий эксплуатации карьеров.

5.6.4. При горизонтальном и пологом залегании пород при отсутствии заколов и трещин рекомендуется следующий порядок ведения горных работ при выемке дополнительных запасов полезного ископаемого:

— на поверхности прибортового массива и верхних уступах борта закладывают наблюдательные профильные линии через 100-150 м по протяжению борта;

— равномерно по простиранию и высоте ведут поэтапную обработку нижней части борта и систематические маркшейдерские наблюдения за развитием деформаций по заложенным профильным линиям;

— при возникновении начальных смещений, что соответствует запасу устойчивости борта 1,20—1,25, интенсивность отработки снижают, а частоту наблюдений по профильным линиям увеличивают до появления видимых трещин и заколов.

5.6.5. При возникновении заколов и трещин на поверхности рекомендуется следующий порядок дальнейшего ведения горных работ:

— по скорректированным характеристикам и задавшись запасом устойчивости 1,15—1,20 определяют новые параметры борта;

— проводят горные работы в верхней части борта, необходимые для оформления борта по расчетному профилю;

— продолжают осуществлять контроль за деформациями по профильным линиям, причем для обеспечения непрерывности наблюдений, потерянные или сработанные репера восстанавливают незамедлительно.

При увеличении скорости смещений до 3-4 мм/сут. работы на нижних горизонтах следует прекратить до окончания разгрузки верхней части борта;

— после выполаживания борта по новому профилю, отработку в нижней части борта разрешается проводить, не допуская возникновения новых заколов и трещин.

5.6.6. При угле наклона борта лежачего бока меньшем, чем угол падения слоев пород прибортового массива, последовательность отработки дополнительных запасов и нижних уступов бортов заключается в оформлении контрольных профилей соответствующих контурам планируемой поэтапной отработки нижних уступов и проведении наблюдений за деформацией бортов по этим профильным линиям.

При этом интенсивность ведения горных работ снижается при начале смещений прибортового массива. Горные работы прекращаются при появлении на поверхности видимых трещин и заколов, оконтуривающих потенциальную призму оползня.

5.6.7. При доработке мульдообразных залежей по восстанию и появлении на поверхности прибортового массива заколов для предотвращения развития опасных смещений необходимо:

— по мере сработки заколовшейся части борта новый профиль борта должен иметь запас устойчивости на 20—30% больше первоначального;

— если скорости смещения заколовшегося массива достигают критических скоростей (3-4мм/сут.), то борт выполаживают, интенсивно разгружая его в верхней части.

Признаком достаточной устойчивости заколовшегося массива является быстрое и постоянное затухание наблюдаемых смещений.

5.6.8. При диагональном относительно борта простирании пород и угле падения слоев, равном или меньше угла наклона борта, деформации развиваются по слабым контактам и проявляются в виде трещин на поверхности и трещин надвига на поверхности откосов задолго до предельного состояния прибортового массива.

По мере увеличения высоты борта или угла наклона бортов трещины расширяется и распространяются вглубь массива, а надвиговые трещины на откосах увеличиваются и распространяются вниз по уступам борта. Скорости раскрытия трещин при отработке нижних уступов могут достигать 200 мм/сут, а общее смещение верхней бровки на момент полного разрушения борта может достичь 3—5 м.

При установившихся скоростях смещений (по профильным линиям) 5—10 мм/сут. горные работы в нижней части борта приостанавливают и форсируют разгрузку верхних уступов до придания борту угла наклона, при котором запас устойчивости борта увеличивается от первоначального на 20—30%.

Дальнейшие горные работы в нижней части борта ведут с суточным контролем скоростей смещения заколовшейся призмы.

5.6.9. При крутом и вертикальном залегании слоистого прибортового массива на участках бортов, параллельных простиранию пород, деформации проявляются в виде трещин на поверхности и образовании «ступеней» задолго до предельного равновесия.

Величины критических деформаций, определяющих момент остановки горных работ, зависит от угла наклона борта и его назначения. Как правило, величины критических деформаций определяются величинами, которые не оказывают вредного влияния на транспортные коммуникации и обеспечивают безопасное движение транспорта по съездам.

При крутых углах наклона борта (более 30°) предельные деформации ограничиваются степенью разрушения приповерхностного слоя горных пород, возможностью отрыва и скатывания отдельных кусков и глыб породы вниз по борту, создающих опасность для работающего персонала и горного оборудования.

Во всех случаях состояние борта следует считать критическим, если расслоение массива распространилось в верхней части борта и составляет по высоте не менее 2/3 высоты борта.

6. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ВНУТРИ ПРИБОРТОВОГО МАССИВА

6.1. Выявление глубинных деформаций методом заклинивающихся цилиндров

6.1.1. Для обнаружения места и момента возникновения искривления и установления границ зоны деформирования и кривизны рекомендуется метод заклинивания цилиндров, основанный на принципе заклинивания в наблюдательной скважине цилиндров определенной длины и диаметра. Простота метода позволяет значительно сократить время измерений и проводить систематические наблюдения с необходимой частотой.

6.1.2. Измерения методом заклинивания цилиндров осуществляют в следующей последовательности (рис. 6.1):

1. В обсаженную гибкими трубами наблюдательную скважину, расположенную в деформирующемся откосе, периодически опускают удлиненный цилиндрический груз до момента его заклинивания при опускании в искривлении обсадной трубы от оползневых смещений у верхней границы зоны оползневого деформирования массива. Начальную длину опускаемого груза рассчитывают по формуле:

а кривизну обнаруженного искривления участка наблюдательной скважины (см. рис.6.1а) определяют по формуле:

а — разность между внутренним диаметром обсадной трубы и диаметром заклиненного цилиндрического груза, м;

Δөγд — чувствительность цилиндрического груза к начальным искривлениям скважины (интенсивность зенитного искривления обсадной трубы от начальных смещений в массиве, фиксируемых цилиндрическим грузом выбранной начальной длины 1н, градус/м.

Рис. 6.1. Обнаружение глубинных оползневых деформаций и установление границ зоны деформирования в откосах методом заклинивания цилиндров: а — схема определения кривизны обнаруженного искривления наблюдательной скважины; б - схема установления зоны деформирования в откосе; 1 — обсадная труба; 2 — заклиненный цилиндрический груз; 3 — исходный контур откоса; 4 — контур деформированного откоса, 5 и 13 — границы зоны сдвигового деформирования прибортового массива; 6 и 12 — начало и конец искривления наблюдательной скважины; 7 — искривленное положение скважины в деформированном откосе; 8 — мерный трос; 9 — лебедка; 10 — исходное положение наблюдательной скважины; 11 — удлиненный цилиндрический груз

2. После обнаружения заклинивания в скважине у верхней границы смещений цилиндрического груза длиной 1н фиксируют глубину искривления, а затем в скважину последовательно опускают цилиндрические грузы того же диаметра длиной 1н — Δ1 ; 1н — 2Δ1; 1н — 3Δ1 и т. д. (Δ1 — выбранный шаг уменьшения длины цилиндра) и определяют значение кривизны на искривляющемся участке для закрепляющегося цилиндрического груза соответствующей длины; уменьшая длину опускаемого груза до размера, обеспечивающего свободную без заклинивания проходимость груза через искривленный участок скважины, определяют максимальную длину цилиндрического груза lmax, проходящего через искривленный участок скважины; причем соответствующее максимальное значение кривизны Кmах находится в пределах Km-1 mах m, где Km-1 и Km — кривизна на участке по результатам измерений для двух соседних по длине грузов 1m-1 и 1m. Такими последовательными измерениями определяют измерение возрастающей кривизны верхней части искривления от значений кривизны Кm до Kmax на момент возникновения искривления.

3. Для установления нижней границы зоны деформирования на дно скважины на мерном тросике опускают цилиндрический груз заданной длины и чувствительности, определяемой по зависимости:

Δөγд.з — интенсивность зенитного искривления обсадной трубы, которую предполагают зафиксировать у нижней границы смещений и обнаруживают цилиндрическим грузом заданной длины 1з , град. /м;

1max — установленная максимальная длина цилиндрического груза данного диаметра, свободно проходящего верхнюю часть искривления, м.

Опущенный цилиндрический груз заданной длины 13 периодически подтягивают кверху до тех пор, пока не произойдет его заклинивание в месте искривления обсадной трубы у нижней границы оползневых смещений; по мерному тросику определяют местоположение нижней границы смещений в оползневом массиве с интенсивностью искривления скважины под влиянием деформирования окружающего ее массива ΔӨуд.3 (см. рис. 6.1.б)

6.2. Определение смещений и глубинных деформаций методами инклинометрии

6.2.1. Для определения смещений и глубинных деформаций внутри массива могут быть рекомендованы наиболее разработанные в настоящей момент методы инклинометрии, рис. 6.2, 6.3.

Для изучения оползней рекомендуется применять стандартные малогабаритные инклинометры МИР-36, МИ-30, УМИ-25. Могут быть использованы также инклинометры типа КИТ-1 (ИК-2).

Путем повторного измерения обсадной трубы от ее первоначального положения с помощью инклинометра могут быть установлены: величина, направление и скорость возникающих перемещений для любого количества точек этого профиля.

6.2.2. Для измерений методами инклинометрии глубинных деформаций в откосах рекомендуются для обсадки наблюдательных скважин гибкие пластмассовые трубы, которые реагируют даже на самые небольшие деформации пород в массиве, а при нарастании деформаций — плавно изгибаются согласно деформации пород массива, окружающих обсадные трубы совместно с боковыми породами.

Полиэтиленовые трубы с внешним диаметром 63—90 мм могут применяться в бухтах, что значительно облегчает работы по обсадке и оборудованию наблюдательных скважин и упрочняет в целом всю колонну обсадных труб. При использовании для обсадки скважин полиэтиленовых труб диаметром 110—140 мм их следует соединять на специальной конической резьбе (для толстостенных труб) или методом тепловой сварки (для тонкостенных труб). Основные технические характеристики труб тяжелого (Т) типа из полиэтилена высокой плотности (ПВП), рекомендуемых к применению, приведены в табл. 6.1.

6.2.3. Исследованиями установлено, что внутри наблюдаемого оползневого массива при проведении инклинометрии целесообразнее и проще определять деформации не линейные, а угловые — деформации сдвига. Величину деформации сдвига в интересующем интервале пород оценивают по углу поворота (величине изменения зенитного угла) ствола наблюдательной скважины в этом интервале. При этом предполагается, что направление деформаций в массиве известно и с глубиной остается постоянным (т. е. азимутальный угол искривления скважины известен, не меняется с глубиной и в расчетах смещения ствола скважины не учитывается).

Рис. 6.2. Схема определения величины смещений и деформаций сдвига массива методом инклинометрии вертикальной скважины. 1 и 2 — оси скважны до и после деформации; 3 и 6 — границы зоны сдвигов; 4 — направления перемещения пород; 5 — точки инклинометрических замеров.

Рис. 6.3. Схема определения смещений и деформаций массива методом инклинометрии спаренных скважин: 1 и 2 — оси спаренных скважин до искривления; 1 и 2 — то же после искривления; e1 , е2 , h1 , h2 , f1 , f2 — соответственно точки начал, концов и перегибов искривлений; АБСД — исследуемый блок массива; Нi, , Mi — размеры блока; α1 , α2 , α3 — углы наклонов направлений перемещений пород.

Деформации сдвига в породах в интервалах измерений в районе формирования поверхности скольжения определяют по данным инклинометрии вертикальной скважины по следующим формулам:

для нисходящего участка поверхности скольжения (рис. 6.3)

для восходящего участка поверхности скольжения (на участке вала выпирания):

γmах — максимальная деформация сдвига в массиве в пределах интервалов измерений длиной 1i;

Өi — средние зенитные углы ствола скважины в указанных интервалах измерений, градус;

а — угол наклона к горизонту линий смещений в массиве, градус.

Полные смещения пород в зоне сдвигов рассчитываются по формуле:

Sr — горизонтальная проекция вектора смещения пород, м;

∆х0 — горизонтальное смещение пород в нижней границе зоны сдвигов, м;

n — число интервалов измерений в зоне сдвигов;

1i — длина i-гo интервала измерения, м;

Ө и а ‎— то же, что и в формулах (6.4) и (6.5).

Наклон поверхности скольжения оползневых деформаций, т.е. угол наклона к горизонту линий смещений в массиве α определяют по результатам маркшейдерских наблюдений на оползневом участке или методом инклинометрии спаренных скважин. Однако перемещения пород в зоне сдвигов можно оценивать и при отсутствии данных маркшейдерских наблюдений. В этом случае смещения пород в зоне сдвигов оценивают величиной их горизонтальных проекций:

6.2.4. Метод инклинометрии спаренных скважин позволяет определять внутри исследуемого деформирующегося массива направление и углы векторов смещений горных пород α, величины которых в зоне деформирования плавно изменяются с глубиной, а также величины смещений и деформаций.

Метод инклинометрии спаренных скважин заключается в следующем (рис. 6.3):

1. С поверхности борта бурят спаренные вертикальные наблюдательные скважины, устья спаренных скважин располагают по линии плавного смещения поверхности борта, устанавливаемого предварительными маркшейдерскими наблюдениями, расстояние между скважинами выбирают таким образом, чтобы оконтурить ими изучаемый блок горного массива; в зависимости от параметров (высоты) борта оно может составлять 5 — 25 м. Инклинометрическими измерениями определяют вначале исходное, а затем искривленное положение скважин, а промерами глубины определяют абсолютные отметки начал и концов искривленных участков скважин, а также точек перегиба искривлений.

2. На чертеже в крупном масштабе изображают исходные и искривленные профили скважин; соединяют начала, концы и точки перегиба искривлений спаренных скважин между собой и по наклону соединяющих отрезков устанавливают углы наклона к горизонту линий смещений массива в зоне деформации. При этом отрезки прямых между исходным и искривленным положением скважин, проведенные по направлению перемещения в массиве, будут векторами смещений массива.

3. Величины деформаций массива определяют по векторам смещений горных пород по формулам:

Ех и Еу — деформация массива горных пород, соответственно в горизонтальном и вертикальном направлении;

γxy и γmax — деформация сдвига массива горных пород соответственно в плоскости X, У и в плоскости наибольших сдвигов с координатными осями, повернутыми относительно осей X и У на величину угла α;

α — угол наклона к горизонту векторов смещений горных пород внутри массива, градус;

ξ a, b, c, d и η a, b, c, d — горизонтальные и вертикальные составляющие векторов смещений горных пород в любых, образующих в массиве прямоугольники, четырех точках a, b, c, d стволов спаренных скважин, м;

Нi и Мi - размеры выбранного в массиве прямоугольного блока горных пород, м.

4. В случае необходимости наблюдательные спаренные скважины могут быть пробурены (например, из подземной выработки) параллельно друг другу с азимутом наклона их стволов, совпадающим с направлением линии векторов смещений на поверхности массива. Устья скважин при этом также располагают на одной линии вдоль направления векторов смещений.

6.2.5. По изменению во времени величины сдвига и смещения пород в деформирующемся массиве откосов и профиля искривления наблюдательных скважин оценивают динамику процесса оползневого деформирования смещающих наблюдательных скважин горных пород.

6.3. Упрощенные наблюдения за деформациями при сейсмическом воздействии взрывов

6.3.1. При ведении горных работ буровзрывным способом необходимо проводить наблюдения за деформациями откосов бортов карьеров под влиянием взрывных работ. Результаты наблюдений используются для определения зон остаточных деформаций, в пределах которых должна применяться специальная технология ведения буровзрывных работ, способствующая уменьшению влияния взрывов на деформации массива (микрозамедленное взрывание, применение наклонных заоткашивающих скважин и т. д.) при подходе борта к предельному проектному контуру.

6.3.2. Наблюдения могут проводиться с применением высокоточной измерительной аппаратуры (сейсмостанции, тензодатчики и пр.) и более простыми методами (наблюдательные станции с металлическими реперами или конусами-индикаторами, устройство бетонных или гипсовых дорожек, покрытие поверхности откоса известковым раствором или специальным красителем и пр.).

6.3.3. Наблюдательные станции с металлическими реперами закладываются на горизонтах, подготавливаемых к массовым взрывам. Станции состоят из 1—3 профильных линий, направленных вкрест простирания уступа. Линии, как правило, включают 10—12 рабочих и 1-2 опорных репера. Расстояние между соседними рабочими реперами составляет около 2 м. Опорные репера закладываются по возможности вне зоны остаточных деформаций. Опорные и рабочие репера представляют собой стальные штыри длиной порядка 3 м и диаметром 15—20 мм с накерненными оголовками. На станции проводятся две серии наблюдений: первая — накануне взрыва и вторая — после взрыва. Наблюдения состоят из нивелирования реперов и измерении расстояний между ними. Кроме того, проводится съемка верхней и нижней бровок уступа (до взрыва и после), расположения взрываемых скважин и всех видимых трещин на берме уступа в районе взрыва. Регистрация смещений реперов по профильным линиям позволяет установить размеры деформированного участка и величину остаточных деформаций.

6.3.4. Метод конусов-индикаторов заключается в определении величины отрыва гипсовых конусов, заложенных на поверхности выработанного пространства для регистрации дополнительных напряжений в откосе, возникающих под влиянием взрывов.

Перед установкой (закреплением) конусов-индикаторов на уступе производят испытания опытных образцов-восьмерок (из материала конусов) на разрыв в лабораторных условиях с целью получения тарировочного графика зависимости Si = f (Ti). В натурных условиях измеряются расстояния между пунктами взрыва и заложенными конусами-индикаторами; после взрыва замеряется площадь отрыва части конуса (Si) и определяются возникающие напряжения (σi), величины которых учитываются при оценке устойчивости откоса путем сложения их со сдвигающими напряжениями (τ). Если в результате расчета окажется, что коэффициент запаса устойчивости уступа (нескольких уступов) η < 1, тогда необходимо при оформлении проектных контуров карьера изменить технологию взрывных работ с целью снижения сейсмической волны.

6.3.5. Бетонные и гипсовые дорожки закладываются на площадках борта и служат для обнаружения микродеформаций поверхности.

Покрытие откосов гипсовым раствором или специальными красителями позволяет судить о характере и области деформирования трещиноватых горных пород.

7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ НА КАРЬЕРАХ

7.1. Общие положения

7.1.1. Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах, сложенных скальными и полускальными породами, заключаются в основном, в применении соответствующей технологии ведения буро-взрывных работ в приконтурных зонах (микрозамедленное взрывание скважин и др.), специальной заоткоске уступов (предварительное преобразование, гладкое взрывание) и в искусственном укреплении ослабленных участков.

Обеспечение устойчивости откосов на карьерах, сложенных: глинистыми и песчано-глинистыми породами, заключается в основном в эффективном дренаже, обеспечении стока поверхностных вод, пригрузке фильтрующих участков откосов.

Для обеспечения устойчивости откосов отвалов эти мероприятия заключают -1в обеспечении дренажа песчано-глинистого основания отвалов.

7.1.2. Порядок выполнения указанных мероприятий производится по специальному проекту, который должен быть утвержден главным инженером предприятия. В проекте отражаются:

— вид ожидаемых деформаций откоса;

— ожидаемый ущерб от этих деформаций;

— целесообразные меры предотвращения деформаций;

— затраты на выполнение противодеформационных мероприятий.

7.2. Заоткоска уступов в их предельном положении

7.2.1. Заоткоска уступов в предельном положении и под углами, соответствующими свойствам пород и характеру их трещиноватости, является одним из основных мероприятий, обеспечивающих длительную устойчивость нерабочих бортов или их участков, поставленных в предельное положение. Приближенные значения углов откосов нерабочих уступов даны в приложении № 15.

7.2.2. Заоткоска уступов в предельном положении осуществляется:

а) в скальных и полускальных породах специальными заоткашивающими скважинами диаметром 80 — 100 мм, расстояние между которыми в каждом конкретном случае устанавливаются опытным путем, скважины бурятся по линии предельного контура карьера под углами, равными углам откосов; допускается предварительное взрывание заоткосывающих скважин (предварительное щелеобразование) и после взрывания основных зарядов (гладкое взрывание), методика буро-взрывных работ при заоткоске уступов изложена в приложении № 16;

б) в слабых глинистых и песчано-глинистых породах — драгляйнами, или мехлопатами со специальными насадками.

7.3. Укрепление слабых участков откосов на карьерах

7.3.1. Отдельные участки бортов, сложенные скальными и полускальными породами с неблагоприятно расположенной трещиноватостью, целесообразно укреплять. Для укрепления пород следует использовать:

а) способы механического удержания призмы обрушения, к которым относятся укрепление штанговой крепью, шпунтинами, железобетонными сваями, гибкими тросовыми тяжами, а также подпорными и защитными контрфорсными стенками;

б) способы, по повышению прочностных свойств массива путем инъекций в массив укрепляющих растворов (например, цементация);

в) способы при которых слагающие породы изолируются для снижения выветривания устойчивыми покрытиями: торкрет-бетоном, битумом или карбамидными, формальдегидными или эпоксидными смолами. В качестве покрытия может быть использована металлическая сетка и штанги в сочетании с торкрет-бетоном.

Условия применения различных способов укрепления откосов в скальных и полускальных породах даны в табл. 7.1.

7.3.2. Фильтрующие участки откосов песчано-глинистых пород t укрепляющихся гравийно-щебеничной пригрузкой фильтрующего участка. Схема пригрузки изображена на рис. 7.1. Параметры пригрузочной призмы определяются по эмпирическим формулам:

hп , арас, hв — высота и ширина пригрузки и высота высачивания (см. рис. 7.1);

q — расход, притекающий к откосу;

m — знаменатель показателя, характеризующего уклон депрессионной кривой;

К, Кпр — коэффициенты фильтрации грунта и материла пригрузки;

γ — объемный вес материала пригрузки;

а — условная величина, которая определяется по графику на рис. 7.2 через отношение sin φ/А, где φ — угол трения грунта;

Кзап — коэффициент запаса: на непроницаемом основании Кзап = 1–3, на проницаемом основании Кзап = 1–5.

Рис. 7.1. Схема для определения параметров пригрузочной призмы.

Рис. 7.2. График для определения параметра а

7.4. Обеспечение общей устойчивости бортов карьеров

7.4.1. Нарушения общей устойчивости больших участков бортов возникают в тех случаях, когда сдвигающие силы, действующие по потенциальной поверхности сдвига, становятся равными по своей величине удерживающим силам (состояние предельного равновесия), см. приложение № 13.

7.4.2. Если причиной начавшейся деформации большого участка борта является несоответствие углов наклона борта геологическим условиям, то в этом случае необходимо придать борту более пологий угол наклона. Способы выполаживания борта при проявляющихся деформациях подробно изложены выше (см. п. 5.6).

При наличии напорных вод в прибортовом массиве первой мерой предотвращения деформаций является снятие напоров.

7.4.3. Если развитие масштабных опасных деформаций вызвано неблагоприятно залегающими тектоническими нарушениями или слабыми контактами между слоями, то в этих случаях должны применяться мероприятия локального характера:

а) разгрузка призмы активного давления в пределах деформированного участка;

б) пригрузка призмы выпирания;

в) создание контрфорсов и упоров.

7.4.4. В ряде случаев масштабные деформации бортов вызываются обводненностью земной поверхности, площадок уступов и подошвы карьера: основной мерой предотвращения деформаций прибортового массива в этих условиях является осушение земной поверхности, обеспечение стока с площадок уступов и подошвы карьера.

7.4.5. Основные мероприятия по предотвращению деформаций бортов, постоянных откосов и отвалов в зависимости от характеристик горных пород, слагающих эти откосы, видов возникающих деформаций откосов и факторов, способствующих развитию деформаций, приведены в приложении № 17.

8. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ОТВАЛОВ, РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ И ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ОТВАЛОВ

8.1. Состав пород отвалов, их устойчивость и типы разрушающих деформаций

8.1.1. Предельные параметры отвалов — высота или угол откоса — обуславливаются физико-механическими характеристиками пород отвала и его основания, а также технологией отвалообразования.

8.1.2. По литологическому составу породы, отсыпаемые в отвалы, объединены в 4 группы:

1. Скальные и полускальные.

2. Рыхлые, песчано-гравийные.

3. Рыхлые, глинисто-суглинистые.

4. Отвальные смеси в различных пропорциях.

8.1.3. К физико-механическим свойствам пород отвалов и их основания, обуславливающим устойчивость отвалов, относятся: прочность при сжатии, влажность, плотность, удельное сцепление, угол внутреннего трения, уплотняемость во времени.

8.1.4. Прочность пород основания отвала обуславливает его несущую способность. По несущей способности основание отвала характеризуется как:

прочное — сложенное породами I-II групп;

слабое — сложенное породами III группы мощностью, составляющей 15% и более от общей высоты отвала;

прочное со слабым контактом — включает слой пород III группы с низким сопротивлением сдвигу.

прочное со слабым слоем — то же, мощностью, составляющей 5—15% от общей высоты отвала.

8.1.5. Основными видами деформаций отвалов являются оползни (надподошвенные, подошвенные и подподошвенные), оплывины и выпоры. Деформации оползания характеризуются наличием плоской, криволинейной или комбинированной поверхности скольжения, ограничивающей призму оползания. Деформации оплывания характеризуются вязко-пластическим течением бесформенной, насыщенной водой отвальной массы. Подошвенные оползни происходят с образованием вала выпора в основании отвала. В зависимости от вида деформации отвала выбирают соответствующую схему для определения степени его устойчивости (табл. 8.1).

8.1.6. Оптимальная высота внешних отвалов устанавливается технико-экономическими расчетами (в зависимости от вида транспорта, дальности транспортирования породы, ценности земель, высоты переподъема породы, рельефа местности) и проверяется по условию устойчивости. Если экономическая высота отвала больше высоты устойчивого отвала, то в некоторых случаях целесообразно уменьшить значение коэффициента запаса устойчивости вплоть до 1, а технологический процесс отвалообразования организовать с учетом возможности деформирования приоткосной части отвала. Ведение работ по отвалообразованию на деформирующихся отвалах допустимо лишь при выполнении специальных мер безопасности.

8.1.7. Высота внутренних отвалов, отсыпаемых при разработке вскрыши по бестранспортной или транспортно-отвальной схеме, не должна превышать предельных значений. Деформации внутренних отвалов допускаются только в тех случаях, когда скорость подвигания рабочего борта равна или больше скорости смещения отвальных пород. При использовании транспортно-отвальных мостов с установкой отвальной опоры моста на предотвале деформации отвала должны быть полностью исключены.

8.2. Определение физико-механических свойств отвальных пород и модуля их уплотняемости

8.2.1. Основными показателями физико-механических свойств пород отвалов и их оснований являются показатели, обуславливающие сопротивление пород сдвигу (угол внутреннего трения, сцепление), которые должны определяться с учетом степени уплотнения, гранулометрического и минералогического составов, влажности отвальных пород. Определение сопротивления сдвигу водонасыщенных пород основания отвалов требует обязательного учета возникающего во многих случаях парового давления.

8.2.2. Сопротивление пород сдвигу определяется как в полевых, так и в лабораторных условиях. Полевые исследования прочности пород на сдвиг в сравнении с лабораторными более надежны. В ряде случаев основные расчетные характеристики могут быть получены только в полевых условиях. К таким случаям относятся: определение сопротивления сдвигу по ослабленному контакту в основании отвала с помощью натурных испытаний на сдвиг больших призм, динамическое зондирование в целях определения степени уплотняемости пород в отвале и др.

Условные обозначения: αо , αпу — соответственно угол естественного откоса отвала и в пределах призмы упора, градусы; β — угол наклона основания отвала, градусы; К, К', Кос — соответственно сцепление в отвальных породах, слабом слое (контакте) и основании отвала, кПа; ρ, ρ', ρ ос — то же, угол внутреннего трения, градусы; Н —предельная высота отвала, м; hпу — высота призмы упора, м; а — ширина призмы возможного обрушения (оползания) пород, м; θ — угол излома поверхности скольжения (2).

8.2.3. Кроме характеристик сопротивляемости сдвигу в полевых и лабораторных условиях необходимо определять компрессионные свойства отвальных пород. Компрессионные испытания (уплотняемость отвальных пород) необходимы для определения проходимости и устойчивой работы тяжелого оборудования на отвалах; эти испытания дают также возможность с большей точностью изучить влияние степени уплотнения пород на величину сопротивления сдвигу. В сложных гидрогеологических условиях необходимо также определять фильтрационные свойства песчано-глинистых пород основания отвалов, которые позволяют прогнозировать скорость фильтрационной консолидации этих пород. Изучение физических свойств пород сводится к определению их гранулометрического и минералогического состава, плотности, влажности и макропористости.

8.2.4. Испытания по определению сопротивления песчано-глинистых отвальных пород сдвигу производятся в одноплоскостных срезных приборах конструкции Маслова и Гидропроекта (лабораторные испытания), а также в срезном приборе с большой площадью среза (рис. 8.1).

Сопротивляемость сдвигу отвальной смеси определяется следующим образом: порода загружается в срезной прибор и уплотняется под определенной нормальной нагрузкой, после чего при той же нагрузке производится быстрый срез: испытание считается законченным при достижении сопротивления сдвигу предельного значения (наблюдается падение величины сопротивления сдвигу после достижения максимума, либо фиксируется постоянное значение этой величины при развитии деформаций сдвига) или при появлении признаков высачивания воды в зазор срезного прибора. По результатам испытаний строится график τ = f(σ) (рис. 8.2).

Сопротивление сдвигу пород слоистого основания отвалов может быть определено с помощью срезного прибора или путем натурных испытаний. Методика испытаний заключается в сдвиге предварительно оконтуренных щелями породных призм по поверхности ослабления. Призма нарезается таким образом, чтобы не нарушалась естественная структурa пород. Средний размер призм — 50 x 40 x 70 см. Опыт считается законченным, когда давление: домкрате перестает расти или начинает падать. Визуально наблюдается деформирование (сдвиг) призмы.

ПОЛЕВОЙ СРЕЗНОЙ ПРИБОР ВНИМИ

Рис. 8.1. 1 — стол; 2 — нижняя неподвижная срезная коробка; 3 — верхняя подвижная коробка; 4 — тяги; 5 — пазы стола; 6 — плита; 7 — подвижная рама; 8 — верхняя планка; 9 — винт; 10 — динамометр типа ДС-6; 11 — роликовая прокладка; 12 — кольцо; 13 — винты; 14 — динамометр типа ДС-1; 15 — винт; 16 — боковая планка.

Рис. 8.2. График сопротивления сдвигу отвальной смеси, построенной по результатам испытаний на приборе с площадью среза 500 см2.

Для обработки результатов испытаний и расчетов необходимо подготовить следующие данные:

замерить поверхность среза и определить площадь среза;

определить угол между поверхностью среза и плоскостью контактирующей с призмой плиты домкрата;

определить усилие, действующее на плоскость среза, являющееся геометрической суммой массы вместе с оборудованием и усилия, создаваемого домкратом.

Д — удельное давление жидкости в домкрате, определяемое по манометру, МПа;

S — удельная площадь цилиндра домкрата, см2;

t — коэффициент передачи давления (для домкрата t = 1);

∆Р — масса призмы и домкрата с плитами, кг;

α — угол наклона поверхности сдвига.

Величина сцепления в массиве по поверхности среза вычисляется по формуле:

8.2.6. Отличие методики лабораторных испытаний отвальных пород на уплотняемость от обычных компрессионных испытаний песчано-глинистых грунтов состоит в том, что в отличие от грунтов отвальные породы характеризуются макропористостью или влажностью, имеют различную по размерам кусковатость, отсюда и различные величины сжимаемости отвальных масс: отвальные породы при некоторой высоте отвала (в лабораторных условиях — когда уплотнение приводит к отжиму воды) переходят в двухфазное состояние (минеральные частицы и вода): дальнейшее уплотнение с отжимом воды сопровождается появлением порового давления и приводит к уменьшению роста сопротивления отвальной массы сдвигу.

8.2.7. Испытания на уплотнение отвальных масс производятся в приборах с большой площадью поперечного сечения (Ø ≥ 200 мм): подготовка материала к испытаниям заключается в измельчении кусков породы по крупности 1/10 — 1/20 диаметра прибора. Уплотняющая нагрузка прикладывается ступенями с нарастанием по 0,05-0,1 МПа до максимальной, при которой начинается отжим воды. График уплотняемости пород строится следующим образом: по оси абсцисс откладывается удельная нагрузка, по оси ординат — относительная величина сжатия, выраженная в %.

Рис.8.3. Кривые уплотняемости отвальных пород при различной влажности W

Коэффициент (модуль) сжимаемости отвальных пород для любого интервала кривой определяется как отношение.

Д — относительная величина сжатия;

σ — удельная нагрузка, соответствующая величине Д на графике (рис. 8.3).

8.2.8. Максимальная нагрузка при испытаниях на уплотнение должна быть равна утроенной средней удельной нагрузке, создаваемой оборудованием. Нагрузка, при которой появляются признаки высачивания воды, считается предельной, уплотняющей отвальную массу до двухфазного состояния (дальнейшее уплотнение может происходить только с отжимом воды в течение длительного времени).

8.2.9. В характеристики пород, полученные в результате испытаний, вводится коэффициент запаса (n):

В результате действия уплотняющих нагрузок (массы вышележащих пород, машин и оборудования) сцепление в породах отвала частично восстанавливается. Величина его зависит от значения уплотняющей нагрузки и неодинакова по высоте отвала. Однако, для упрощения в расчетах используется среднее значение удельного сцепления.

8.3. Расчет устойчивости отвалов

8.3.1. Отвал на прочном основании

8.3.1.1. Коэффициент запаса устойчивости отвалов принимается равным 1.2. Такой коэффициент запаса необходим для отвалов, деформации которых могут повлечь за собой аварию или создать угрозу для обслуживающего отвалы персонала. Повышенный коэффициент запаса равный 1,5 следует принимать в особо ответственных случаях, например, для предотвалов, нагруженных опорами отвальных мостов. Если отвалообразование осуществляется драглайнами или транспортно-отвальными мостами, размещающимися за пределами призмы возможного оползания, то коэффициент запаса может быть принят равным 1.1 и даже 1.0.

8.3.1.2. Отвалы, отсыпаемые из скальных, полускальных, а также песчаных и гравелистых пород на прочное основание, сохраняют устойчивое состояние при углах естественного откоса (34—38°) практически при любой высоте; расчет устойчивости отвалов не производится.

8.3.1.3. Параметры отвалов, отсыпаемые из глинисто-суглинистых пород и отвальных смесей, содержащих эти породы, должны определяться расчетом. Ожидаемым видом деформаций таких отвалов являются надподошвенные оползни (см. табл. 8.1).

8.3.1.4. Высоту одноярусного отвала, отсыпаемого под углом естественного откоса отвальных пород, следует определять по графику плоского откоса в такой последовательности (см. приложение 13, рис. 2):

определить глубину вертикальной трещины отрыва Н90:

по заданным величинам углов откоса отвала и внутреннего трения пород найти по графику значение Н1. Далее по формуле:

определить высоту отвала Но.

8.3.2. Отвал на горизонтальном слабом основании

8.3.2.1. Расчет устойчивости отвалов при наличии в их основании слабых контактов, а также слоев слабых пластичных пород (мощностью не более 15% высоты отвала), отсыпанных на наклонное или горизонтальное основание, производится методом многоугольника сил, Схема деформирования отвала, расположение поверхностей скольжения в откосе, направление действия сил и реакций в блоках, построение многоугольника сил показаны на рис. 8.4. Эта схема рекомендуется при расчетах устойчивости, в основном, внутренних отвалов.

Многоугольник сил строится вначале для блока 1. В определенном масштабе откладываются векторы сил P1, CL, СL2 параллельно направлению их действия в откосе. Затем от конца вектора силы СL1 проводится прямая параллельно направлению действия силы R, а от начала вектора силы P1 — прямая параллельно действию силы R1. Пересечение этих векторов ограничивает длину векторов соответствующих сил. Для блока 2 построения аналогичны. Вектор силы Р2 откладывается от точки пересечения векторов сил СL1 и СL2 . Если отвал устойчив, то вектора сил R3 и СL3 пересекутся. Разрыв между этими векторами свидетельствует о недостатке удерживающих сил.

Рис. 8.4. Схема к расчету устойчивости отвала методом многоугольника сил: а — многоугольник сил; б — схема действия в откосе.

8.3.2.2. На основании многочисленных расчетов методом многоугольника сил при различных значениях характеристик сопротивляемости сдвигу отвальных пород, контактов и углов падения их β, получена эмпирическая зависимость, выражаемая формулой

Н — мощность устойчивой отвальной насыпи (при горизонтальном основании — предельная высота отвала);

X и У— табличные коэффициенты, приведенные в приложении № 1, принимаемые в зависимости от значении углов: откоса, падения основания, трения отвальных пород и по контакту отвал-основание.

Предельная высота отвала определяется по формуле:

8.3.2.3. Высота отвала, рассчитанная по формуле (8.6), не должна быть больше высоты отвала, рассчитанной для условий прочного основания (отсутствие слабых контактов в основании). Если в основании имеется несколько ослабленных слоев или контактов с различными показателями сопротивления сдвигу, то высота отвала рассчитывается для всех контактов и принимается наименьшее ее значение.

8.3.3. Отвал со слабыми породами в основании

8.3.3.1. Коэффициент устойчивости отвалов, отсыпаемых на слабом основании, мощность которого составляет более 15% высоты отвала, определяется методом алгебраического сложения сил в предположении сдвига по наиболее напряженной криволинейной поверхности, выходящей в основание отвала под углом.

Расчеты выполняются для нескольких потенциальных поверхностей скольжения (рис. 8.5).

Поверхность скольжения в откосе начинается от верхней площадки яруса отвала вертикальной трещиной отрыва, глубина которой равна Н90, ниже переходит в

Рис.8.5. Схеме к расчету устойчивости отвала со слабыми породами в основании.

прямолинейный участок, наклоненный под углом (45° + φ/2) к горизонту, далее она принимается криволинейной и пересекает слабый слой под углом

На границе со слабым слоем происходит излом поверхности скольжения (в породах основания), угол излома v|/ определяется по формуле:

В слабом слое поверхность скольжения плавная, криволинейная, в подошву откоса выходит под углом 45° — φ/2 на некотором расстоянии от нижней бровки откоса. Степень заглубления поверхности скольжения зависит от мощности и физико-механических свойств слабого слоя.

8.3.3.2. Устойчивость отвалов при монотонно изменяющейся кривизне поверхности скольжения можно также оценивать по общему сопротивлению сдвигу отвальной массы и слабого слоя без разделения их на силы трения и сцепления (по касательным напряжениям).

Для этого в серединах оснований столбиков, на которые разбивается призма оползания, определяются касательные τс и нормальные σп напряжения по следующим формулам:

hi — высота отдельного столбика, м;

βi — угол наклона основания столбика, град.

Расчетная поверхность скольжения с отмеченными серединами основания столбиков развертывается в горизонтальную прямую и в каждой отмеченной точке по оси ординат откладываются отрезки, соответствующие касательным напряжениям τс , и концы которых соединяются плавной кривой; площадь, ограниченная осью абсцисс и, этой кривой, выражает сумму сдвигающих сил Στс , действующих по расчетной поверхности.

По графикам зависимости τ = f(σп) (см. рис. 8.2) отвальных пород и слабого слоя при соответствующих нормальных напряжениях определяются сопротивления сдвигу τу величины которых также откладываются по оси ординат и соединяются плавной кривой; площадь этой эпюры эквивалентна сумме удерживающих сил Στy, а отношение

характеризует величину коэффициента устойчивости откоса по каждой расчетной поверхности, из которых выбирается наиболее слабая.

8.4. Маркшейдерские наблюдения за деформированием отвалов

8.4.1. Целью маркшейдерских наблюдений за деформациями отвалов являются установление границ распространения и вида деформаций, определение абсолютных величин смещения и скорости перемещения оползающей массы; определение критических величин смещений и скорости, предшествующих разрушению откосов отвала; определение величин максимальных осадков в отвалах, отсыпанных в различных режимах; определение просадок отвальных пород, вызванных весом тяжелого горно-транспортного оборудования.

8.4.2. На основе маркшейдерских наблюдений устанавливаются причины образования оползней, просадочных явлений, степени консолидации отвала во времени и разрабатываются мероприятия по обеспечению устойчивости отвалов, либо специальной технологии отвалообразования.

8.4.3. Для проведения маркшейдерских наблюдений за деформациями отвалов закладываются специальные наблюдательные станции, на которых периодически проводятся инструментальные наблюдения. Наблюдательные станции состоят из нескольких профильных линий, на которых располагаются опорные и рабочие реперы. Профильные и продольные линии закладываются на верхней площадке отвала перпендикулярно (профильные линии) и вдоль (продольная линия) верхней бровки отвала, а также в основании отвала перпендикулярно нижней бровки отвала.

8.4.4. Методика проведения наблюдений на наблюдательных станциях изложена выше (см. п. 5.1) и состоит из нивелирования реперов и рулеточного промера расстояний между реперами. Точность наблюдений зависит от абсолютных величин смещения рабочих реперов. Сроки между сериями наблюдений принимаются в зависимости от интенсивности отсыпки отвала и скорости его деформации. При скоростях оползневых деформаций, близких к критическим, наблюдения должны быть ежедневными, а при проходке мощных экскаваторов по отвальным породам с низкой несущей способностью — ежесменными.

8.4.5. Деформации основания отвала зависят, в основном, от состава отвальных пород, способа и режима отвалообразования.

Поскольку процесс уплотнения отвальных пород в высоких отвалах к настоящему времени изучен недостаточно, необходимо на отвалах, высота которых близка к предельной, производить маркшейдерские наблюдения.

8.4.6. Деформации отвалов, связанные с уплотнением пород, не опасны для ведения горных работ. Опасными являются сдвиговые деформации, а также просадки, вызванные дополнительной нагрузкой от веса тяжелого оборудования. Просадочные деформации опасны только для работающих механизмов. В задачу маркшейдерских наблюдений входит разделение наблюдаемых деформаций на неопасные деформации оседания и опасные сдвиговые деформации.

8.4.7. Развитие оползневого процесса, устанавливается по маркшейдерским наблюдениям верхней площадки и основания отвала. Если проседание площадки после отсыпки очередной заходки вызвано только уплотнением пород, то вертикальные составляющие векторов смещения рабочих реперов на этой площадке значительно превышают горизонтальные составляющие, а скорости оседания имеют выраженный затухающий характер. При развитии оползневых смещений скорости оседания площадки в первое время после отсыпки отвала могут также носить затухающий характер, однако горизонтальные составляющие векторов смещения рабочих реперов начинают возрастать, скорости смещения постепенно приближаются к постоянной величине; при дальнейшем развитии деформаций сдвига скорости смещений рабочих реперов возрастают до критических значений, что приводит к оползанию отвала.

8.4.8. По данным инструментальных наблюдений за приростом скоростей смещения пород и визуальных наблюдений за развитием трещин отрыва по контуру оползня устанавливаются критические скорости и величины абсолютных смещений оползня для различных инженерно-геологических и горнотехнических условий. Эти параметры в конкретных условиях должны устанавливаться опытным путем. При постоянно возрастающих скоростях смещений работы на отвале должны быть прекращены, а горное оборудование выведено из опасной зоны.

8.4.9. Проекты на строительство карьеров на месторождениях, вскрышная толща которых представлена слабыми породами или же основание проектируемых отвалов сложено слабыми породами, должны включать проекты наблюдательных станций. По мере накопления данных по наблюдениям за деформациями отвалов проекты наблюдательных станций и периоды наблюдений должны корректироваться геолого-маркшейдерской службой предприятия в соответствии с горно-геологическими и гидрогеологическими условиями на определенный момент эксплуатации месторождения.

8.4.10. Контроль за технологией отвалообразования, состоянием отвальных по родпод опорными элементами горного оборудования, наблюдения за устойчивостью отвалов осуществляет геомеханическая служба, которая обеспечивает контроль за безусловным соблюдением правил безопасности и охраны труда на отвалах, разрабатывает противооползневые мероприятия и специальную технологию отвалообразования на деформирующихся отвалах, проводит инструментальные маркшейдерские наблюдения за деформациями отвалов, визуальный осмотр рабочей площадки и откосов отвалов и фиксирует все имеющиеся и появляющиеся трещины, контролирует уклон поверхности площадки отвалов. Результаты осмотра заносятся в специальный журнал осмотра отвалов и состояния механизмов.

8.5. Обеспечение общей устойчивости отвалов

8.5.1. Для предотвращения развития начавшегося оползания больших участков отвалов необходимо или уменьшать расчетный угол наклона откоса или изменить проектную высоту отвала, приняв ее равной высоте отвала, при которой наблюдениями было зафиксировано начало процесса формирования.

8.5.2. В соответствии с требованиями «Правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (27) горнотранспортное оборудование на отвалах должно размещаться за пределами возможной призмы оползания. Ширина этой призмы устанавливается в зависимости от физико-механических свойств пород отвала и его основания и дополнительной нагрузки, создаваемой оборудованием.

8.5.3. В деформируемых отвалах (1пф п, где пф и п — фактический и нормативный коэффициенты устойчивости) общая для отвала призма оползания может образоваться в следующих случаях:

1. Фактическая высота отвала больше предельно допустимой, рассчитанной с введением в характеристики пород коэффициента запаса (Но > Нпр) Рис. 8.6. а.

2. Фактическая Но плюс эквивалентная Нэ высота отвала (которая должна быть соизмерима с высотой отвала) больше предельно допустимой (Но + Н > Нпр), рис.8.6. б.

Ширина призмы возможного оползания деформируемых отвалов одновременно является шириной бермы безопасности, в пределах которой нахождение людей и оборудования не допускается.

8.5.4. Локальная призма оползания шириной а1 может образоваться в устойчивых отвалах, нагруженных оборудованием, при высоте отвала, меньшей предельно допустимой (Но < Нпр , рис. 8.6, в), если несущая способность породы меньше удельного давления под опорными поверхностями оборудования. В связи с этим на каждом рабочем горизонте устойчивых отвалов (nф ≥ n) устанавливается ширина бермы безопасности a1 в зависимости от типа применяемого на отвале оборудования. Нахождение людей и оборудования в пределах этой бермы не допускается.

9. ДОКУМЕНТАЦИЯ НАРУШЕНИЙ ОТКОСОВ НА КАРЬЕРАХ

9.1. Паспортизация нарушений устойчивости бортов

9.1.1. В соответствии с требованиями «Правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» (27) документации подлежат нарушения устойчивости бортов, откосов уступов и отвалов, а также рабочих площадок, предохранительных и транспортных берм, влияющие на режим работы карьера и создающие угрозу безопасности ведения горных работ, Документации также подлежат все нарушения устойчивости откосов объемом свыше 1 тыс. м3 и захватывающие площадь более 500 м2.

9.1.2. Паспорт нарушения составляется в двух экземплярах геолого-маркшейдерской службой карьера не позднее чем в месячный срок от начала деформирования.

По мере развития деформаций этот паспорт периодически пополняется. После окончания процесса деформирования или ликвидации оползня, обрушения или других деформаций составляется окончательный паспорт, который подлежит хранению на правах специальной маркшейдерской документации.

9.1.3. Паспорта утверждаются главным инженером карьера. Деформации с тяжелыми последствиями должны быть тщательно проанализированы с целью установления причин деформирования пород и разработки противодеформационных мероприятий.

9.1.4. В паспорте указываются наибольшие размеры нарушений устойчивости откоса; величина смещения пород, глубина развития деформаций и объем деформированных пород на момент составления паспорта.

Величина смещения деформированных пород равна горизонтальному пути, пройденного смещенными породами от нижней бровки откоса по направлению смещения.

Под глубиной развития деформаций понимается расстояние от первоначального положения верхней бровки откоса до последней визуально прослеживаемой трещины в направлении противоположном сдвижению (горизонтальное проложение).

Объем оползня, обрушения или оплывины подсчитывается после установления границы между смещенными породами и ненарушенной частью откоса, которую определяют расчистками, скважинами, шурфами или строят по результатам маркшейдерских наблюдений по векторам смещений реперов (см. рис. 5.5, 5.6).

9.1.5. Параметры обрушившихся пород определяются графически по результатам маркшейдерской съемки.

9.1.6. В паспорте указываются даты, объемы и виды нарушений устойчивости откосов, имевших место в пределах деформационного участка. Описывается состояние горных работ на участке деформирования (параметры уступа, размеры рабочих площадок, тип экскаватора, вид транспорта).

9.1.7. В разделе паспорта «краткая инженерно-геологическая характеристика» дается краткое описание пород, их прочностных свойств, гидрогеологических особенностей, фильтрационные характеристики и дебит водоносных горизонтов, а также дается характеристика поверхностных вод и атмосферных осадков.

9.1.8. В паспорте приводятся параметры буро-взрывных работ (глубина, количество и диаметр взрывных скважин, конструкция заряда, величина замедления, способ взрывания, тип взрывчатого вещества, количество одновременно взрываемого взрывчатого вещества.

Указывается организация, давшая оценку устойчивости откосов, метод расчета и расчетный коэффициент запаса устойчивости бортов.

9.1.9. К паспортам прикладываются планы и резервы по характерным профилям деформированного участка. На резервы наносятся контуры откоса до деформирования, и после разрушения, положение линии скольжения, положение уровней подземных вод и их изменение в процессе деформирования.

На план и разрезы наносится положение имеющихся противооползневых сооружений.

9.2. Отчетность по наблюдениям за деформациями откосов на карьерах

9.2.1. Отчет о результатах наблюдений за деформированием откосов на карьерах должен состоять из следующих разделов:

— инженерно-геологическая характеристика деформирующихся участков;

— горные работы;

— наблюдения за состоянием откосов на карьерах;

— мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах.

9.2.2. Инженерно-геологическая характеристика участков, на которых зафиксированы нарушения устойчивости откосов, отражается в разделе паспортов, которые являются составной частью отчета, или освещаются в отчете если нарушения не подлежат паспортизации по своим размерам.

9.2.3. В разделе «Горные работы» излагается состояние горных работ, технология горно-транспортных и отвальных работ, освещается влияние деформаций откосов на нарушение режима горных и отвальных работ.

9.2.4. Описание возникших за отчетный период нарушений устойчивости производится по результатам наблюдений. По крупным нарушениям приводятся паспорта нарушений устойчивости.

9.2.5. В последнем разделе приводится описание внедренных мероприятий технологического порядка по предотвращению опасных деформаций или уменьшению их отрицательного влияния на режим работы карьера. Дается оценка их эффективности и рекомендации по дальнейшему их применению.

9.2.6. Отчеты о наблюдениях за состоянием откосов на карьерах составляются в отдельности по каждому карьеру, рассматриваются техническим советом и подлежат утверждению главным инженером вышестоящей организации.

Один экземпляр отчета сдается на хранение, а второй высылается в адрес организации, проводившей ранее оценку устойчивости откосов, для возможной локальной корректировки углов наклона на отдельных участках карьера.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 1

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

Методика производства натурных испытаний сопротивления сдвигу трещиноватых пород

Натурные испытания проводятся с целью изучения сопротивления срезу анизотропного массива, сложенного скальными, полускальными и песчано-глинистыми трещиноватыми породами и заключаются в следующем. В массиве пород оконтуривают призму таким образом, чтобы она сохраняла связь с массивом по той поверхности, по которой необходимо определять характеристики сопротивления срезу.

При проведении натурных испытаний применяются две схемы нагружения. Первая схема нагружения (рис. 1, а) подобна схеме нагружения образцов пород при лабораторных испытаниях на «косой срез», когда нормальные и касательные напряжения на плоскости среза создаются одной силой, направленной под углом 20—45° к плоскости среза. Нагружение по этой схеме является наиболее простым и в основном применяется при испытании призм, оконтуренных на площадках или в откосах уступов карьеров.

По второй схеме (рис. 1, б) нормальные и касательные напряжения создаются независимо двумя домкратами. Испытания по этой схеме проводятся чаще в подземных выработках или шурфах, где проще осуществлять нагружение призм по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

Нарезка призм в слабых породах производится вручную кайлом и специальными долотами, а в скальных и полускальных породах — пневматическими отбойными молотками, электросверлами и перфораторами.

После зачистки щелей в одну из них помещают гидродомкрат и с помощью насоса в него подают рабочую жидкость (воду или масло). Опыт считается законченным, когда давление в гидродомкрате перестает расти или начинает падать.

По окончании опыта производится зарисовка призмы, подсчитывается число структурных блоков, слагающих призму, и отбираются образцы для лабораторных опытов с целью определения прочностных характеристик в образце (куске).

Обработка результатов натурных испытаний производится в следующем порядке:

1. Тщательно замеряется поверхность среза и определяется площадь среза (S).

2. Определяется угол между поверхностью среза и плоскостью нижней плиты домкрата.

Рис. 1. Схемы натурных испытаний: 1 — призма среза; 2 — поверхность среза; 3 — опорные плиты; 4 — гидравлические домкраты.

3. Определяется усилие Р, действующее на плоскость среза, являющееся геометрической суммой веса призмы вместе с оборудованием на ней и усилия, развиваемого домкратом:

D — удельное давление жидкости в домкрате, определяемое по манометру, Па;

Sц — рабочая площадь цилиндра домкрата, м2;

Z — коэффициент передачи давления (устанавливается при тарировке);

∆Р — вес призмы и домкрата с плитами, Н.

4. Величина сцепления массива по поверхности среза вычисляется по формуле:

φ — угол внутреннего трения , определяемый лабораторными испытаниями образцов пород с мест натурных испытаний;

α — угол между поверхностью среза и плоскостью нижней плиты домкрата.

В комплект оборудования для натурных испытаний входят: гидравлический домкрат с накладными стальными плитами толщиной 10—12 мм, гидравлический насос, роликовая постель, манометр и соединительная трубка высокого давления.

Технические характеристики оборудования изложены в работе (12).

ПРИЛОЖЕНИЕ № 3

ПРИЛОЖЕНИЕ № 4

Перечень и объем лабораторных определений физико-механических свойств горных пород

Примечания: в 4-й колонке цифрами обозначены номера работ в списке литературы, в которых дано обоснование объема и методики соответствующего вида испытаний. Целесообразно для пород средней крепости и слабых проводить количество определений: бокового распора (2-3), предельной деформации сдвига (3-4), водоотдачи (2-3) и начального градиента фильтрации (2-3) раза

ПРИЛОЖЕНИЕ № 5

Упрощенные способы испытаний горных пород на одноосное сжатие

1. Методика испытаний на одноосное сжатие образцов неправильной формы (подробно изложена в работе (18)).

У необработанных кусков горной породы шлифуют две параллельные противоположные грани, причем должны быть выполнены следующие условия:

— площадки параллельных поверхностей должны отличаться не более чем в 1,5 раза;

— их параллельность должна соблюдаться в пределах до 1 мм;

— размеры образцов: минимальный — не менее 20 мм, максимальный — 200 мм, размеры по трем взаимоперпендикулярным направлениям не должны отличаться более чем в 3 раза.

Высота образца измеряется штангенциркулем, не менее чем в трех точках. Площадь параллельных граней вычисляется результатом замеров штангенциркулем. Средние значения ширины, длины и площади (аcp, Bcp, Scp) принимаются равной полусумме значений соответствующих показателей верхней и нижней граней образца.

Приведенное значение стандартной прочности образца (dcp\h = 0,5) вычисляется по эмпирической формуле:

Р — разрушающая нагрузка, Н;

Sch —среднее значение площади образца, м2;

аcp — среднее значение ширины образца, см;

hcp — высота образца, см.

2. Методика определения величины сцепления горных пород динамическим пробником

Динамический пробник выполнен в виде молотка, одна часть которого представлена пуансоном. Длина пуансона 50 мм, угол заострения 60°, диаметр 11,3 мм, площадь поперечного сечения — 1 см2. Пуансон изготовляется из стали У-8.

б)

Рис. 1. Графики: а) зависимости между относительной механической прочностью (Rотн) и сцеплением (с) пород; б) — начальная фаза зависимости.

Для определения относительной прочности пуансона пробник устанавливают перпендикулярно испытуемой поверхности и по пробнику наносятся равномерные плечевые удары молотком (масса молотка 1 кг, длина рукоятки 30 см) до полного внедрения пуансона в породу, при этом фиксируется число ударов.

Относительная прочность пород определяется по формуле:

Rотн — относительная прочность, кг\см2;

n — количество ударов;

l — глубина внедрения пуансона, см;

А — работа одного удара, кгсм, А = 180 кгсм.

Величина прочности принимается как среднее значение из пяти определений (пробник забивается по углам и в центре квадрата со стороной 1 м).

Величина сцепления пород определяется по графику, изображенному на рис. 1.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 6

Физико-механические свойства некоторых горных пород

Примечание: значения величины сцепления и угла внутреннего трения, указанные в приложении, получены по данным испытаний вкрест слоистости, величины углов внутреннего трения по слоистости в даны приложении 7.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 7

Величины углов трения по поверхностям ослабления

ПРИЛОЖЕНИЕ № 8

Прочностные характеристики горных пород некоторых карьеров Узбекистана

ПРИЛОЖЕНИЕ № 9

Методика отбора образцов из инженерно-геологических скважин

Сохранение естественной структуры, плотности-влажности пород является основным условием качественного отбора образцов из инженерно-геологических скважин.

Перед извлечением керна песчано-глинистых пород из скважины бурение осуществляется без подачи промывочной жидкости («в сухую») с тем, чтобы заклинить керн в колонковой трубе. Интервал породы, пройденной без промывочной жидкости, при извлечении его из колонковой трубы не отбирается, поскольку естественная структура в этом интервале нарушена. При извлечении керна из колонковой трубы не следует выколачивать керн, поскольку при ударах происходит нарушение его природной структуры.

Из колонковой трубы керн необходимо выдавливать промывочным раствором.

По каждому визуально однородному слою следует отбирать от 100 до 200 см керна мощности слоя до 3—5 м.

При мощности слоев более 3—5 м образцы отбирают из каждого 3—5-метрового интервала: на каждом интервале отбирается не менее 2-х образцов — монолитов длиной 15—20 см.

Отобранные образцы из керна тщательно очищаются ножом от глинистого раствора (за исключением водонасыщенных песчаных разностей пород) и при отправке в лаборатории парафинируются 3-4 слоями парафина, слоем смоченной в парафине бумаги, а сверху покрываются слоями марли и парафина. Могут применяться и другие материалы для изоляции: парафино-восковая мастика, гудрон с добавкой минерального масла и эмалевая краска по ткани. Образцы парафинируются не позже, чем через 2-3 часа после извлечения из скважины; в течение этого времени они должны быть защищены от высыхания и замораживания (замораживание не допустимо в течение всего времени их хранения). Запарафинированные образцы транспортируются в ящиках с опилками.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 10

Ускоренный метод определения предела ползучести горных пород

Методика ограничения зоны напряжений, вызывающих деформации ползучести (определения предела ползучести), подробно освещена в работе (19).

Ускоренно предел ползучести горных пород определяется:

1) по графику зависимости между напряжениями и деформациями, вызванными этими напряжениями;

2) Проведением в срезных приборах и стабилометрах опытов с разгрузкой.

По результатам обычных испытаний образцов пород в срезных приборах, сопровождающихся замером деформаций при разных ступенях нагрузок, строятся графики зависимости деформаций от срезающих нагрузок (рис. 1). Напряжения, при которых скорость деформаций возрастает, приближенно определяются по перегибу кривой и соответствуют пределу ползучести (τп) испытываемой породы.

При испытании в стабилометре при постоянном боковом давлении или в приборе «косого среза» вертикальное давление подается ступенями. Поэтому последняя ступень вертикального давления, при которой скорость деформации резко возрастает, принимается за предел ползучести.

В дальнейшем опыт может быть продолжен до полного разрушения образца.

При испытании образцов песчано-глинистых пород с разгрузкой в обычных срезных приборах опыта на срез начинаются по схеме быстрого среза — сдвигающая нагрузка увеличивается ступенями до тех пор, пока она не вызовет непрерывной деформации (скорость ~ 2-3 м\сек); затем начинают уменьшать ее небольшими ступенями.

Сдвигающая нагрузка уменьшается до тех пор, пока дальнейшее уменьшение ее не вызовет обратную деформацию образца — упругое восстановление (рис. 2).

Величина касательного напряжения, при котором прекращается рост деформации среза, и является пределом ползучести.

При проведении испытаний отдельные ступени загрузки и разгрузки прикладываются через 60 сек., отсчеты деформации берутся через 30 сек. Продолжительность опытов на срез с разгрузкой увеличивается на 4-5 мин.

Рис. 1 Графики зависимости деформаций породы от срезающих нагрузок.

Рис. 2. График зависимости деформаций породы от срезающих нагрузок в опытах с разгрузкой.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 11

Способы обработки замеров трещиноватости горных пород

Результаты замеров трещиноватости обрабатывают с использованием азимутальных или прямоугольных сеток, рис. 1, 2. Каждая трещина изображается на диаграмме точкой. Оконтуривание точек, относящихся к отдельным системам, производится путем их группирования в интервалах угла наклона и азимута простирания, равных 30°. Средние значения элементов залегания каждой системы трещин определяются графически, как средневзвешенные, путем последовательного нахождения их центра тяжести. В результате такой обработки для каждой системы определяются угол простирания А, угол наклона α и количество замеров n.

Для оценки влияния систем трещин на устойчивость откосов все трещины делятся на продольные, поперечные и диагональные.

К продольным относятся трещины, направление простирания которых отличается от простирания плоскости откосов не более чем на 20°. К диагональным относятся трещины, простирание которых отличается от простирания откоса в пределах 21—70°. Остальные трещины относятся к поперечным.

Для выявления степени влияния систем трещин на устойчивость уступов строят диаграмму полюсов, рис. 3, на которую с помощью трафарета меридиональной сетки (рис. 1, 6) наносят след (проекцию) слоистости пород.

Исследованиями (20) установлено, что если полюсы систем лежат на следе поверхности напластования, или в непосредственной близости от него, то, как правило, их происхождение связано с процессами осадко-накопления. Причем продольные нормально секущие трещины располагаются в средней зоне следа, а поперечные нормально секущие трещины располагаются на концах следа поверхности напластования.

Если полюсы отдельных систем трещин не лежат на следе поверхности напластования (например 5, 6 на рис. 3), то, как правило, такие косонесущие трещины имеют тектоническое происхождение.

Таким образом, методика позволяет выявить наиболее опасные для устойчивости откосов протяженные тектонические трещины.

Рис. 1. Азимутальные сетки а) нормальная, б) меридиональная

Рис. 2. Прямоугольная точечная диаграмма трещиноватости.

Рис. 3. Диаграмма полюсов систем трещин: 1 — проекция пласта; 1—6 — полюсы систем трещин; М — меридиан, соединяющий полюсы тектонических трещин (5, 6).

ПРИЛОЖЕНИЕ № 12

Методика оценки влияния слоистости и трещиноватости приконтурных пород на устойчивость уступов

На действующих карьерах в качестве основного источника информации для прогнозирования устойчивости уступов должны использоваться результаты структурных съемок и данные паспортизации имевших место деформаций уступов на вскрытых горизонтах.

Своевременное выявление участков возможного деформирования уступов позволит принять профилактические меры по их предупреждению и применять противодеформационную технологию горных работ. Поэтому изучение влияния геологического строения приконтурных пород на устойчивость уступов является важной задачей.

Для слоистых пород степень устойчивости уступов прежде всего зависит от угла падения слоев, поэтому пластовые месторождения разделены по этому признаку на 7 групп: горизонтальные, пологие, полого-наклонные, наклонные, круто-наклонные, крутые, мульдообразные.

По исследованиям (22, 23) горные породы с горизонтальной слоистостью (угол падения слоев β = 0—5°) рассматриваются как однородная среда. Наличие слабых контактов между слоями не оказывает влияния на устойчивость уступа Параметры уступа определяются из общей прочности слоистой толщи и сроков его стояния (см. рис. 1а).

При пологом залегании слоев (β = 6—15°) потенциальная поверхность скольжения в основании уступа может совпадать со слабыми прослоями или контактами с низкими характеристиками сопротивления сдвигу. При наличии сопряженных со слоистостью «незалеченных» систем трещин это может привести к деформированию уступа, рис. 16. Полого-наклонное залегание (β = 16—30°) приводит к подрезанию контактов между слоями в нерабочих уступах лежачего бока. Поэтому устойчивость уступов зависит от наличия слабых контактов или прослоев глинистых пород с низкими показателями сопротивления сдвигу. При высоте рабочих уступов 10—15 м деформации в виде сдвига по контактам не отражаются на технологических процессах. На устойчивость уступов висячего бока и в торцах карьера такая слоистость влияния не оказывает, рис. 1в.

Рис.1 Схемы влияния слоистости пород на деформируемость уступов: стресками указано направление сдвига; пунктиром — поверхности ослабления, способствующие деформированию

При наклонном залегании слоев (β = 31 — 45°) заоткоску уступов лежачего бока рекомендуется осуществлять параллельно напластованию слоев. Исключение составляют уступы, сложенные скальными породами, допускающими подрезку контактов с углами падения до 35°. При углах откосов, равных углу падения пород α = β, деформация уступа возможна только в случае недостаточного сопротивления пород сдвигу вкрест слоистости (см. рис. 1г). На устойчивость уступов в висячем боку такая слоистость влияния не оказывает. В торцах карьера деформации возможны по желобчатым поверхностям скольжения при наличии косонесущих трещин.

Круто-наклонное залегание слоев (β = 46—65°) благоприятно для уступов лежачего бока при заоткоске их по поверхностям напластования или с надрезкой слоев (см. рис. 1д), однако оно способствует расслоению пород в уступах висячего бока (см. рис. 1е). Процесс активизируется при наличии сопряженных систем трещин, образующих второе семейство поверхностей скольжения, что приводит к существенным деформациям верхней площадки уступа, не вызывая, однако, потери общей устойчивости уступа.

Существенное значение на устойчивость пород оказывает их трещиноватость. Влияние трещин на устойчивость уступов двоякое. Интенсивная равномерная трещиноватость снижает общее сопротивление пород сдвигу и способствует осыпеобразованию. Массив рассматривается как квазиоднородная среда (рис. 2а).

Наибольшую потенциальную опасность представляют трещины, ориентированные параллельно (субпараллельно) простиранию откоса и падающие в сторону выемки под углами 30—50°. В глинистых породах деформации возможны и при углах падения 20—25°. При подрезке таких трещин возможно обрушение уступа по поверхности трещин. Комбинированные поверхности скольжения образуются в результате пересечения систем трещин, либо трещин и слабых контактов между слоями, ориентированных параллельно простиранию откоса. Наиболее характерным является наличие двух основных поверхностей ослабления, углы наклона которых представляют механизм разрушения уступа: сдвиг по наклонной и отрыв по крутой поверхности (см. рис. 2в); сдвиг по двум наклонным поверхностям с образованием криволинейной поверхности (см. рис. 2г); сдвиг по наклонной и пологой поверхностям со сколом призмы активного давления и образованием ломанной поверхности.

Как видно из описаний механизмов влияния слоистости и трещиноватости пород на устойчивость уступов, деформации уступов могут быть весьма разнообразными.

Рис.2 Схемы влияния трещиноватости пород на деформируемость уступов: 1, 2 — системы трещин, 3 — поверхность скольжения, 4 — поверхность скола призмы активного давления; стрелками указано направление сдвига.

Однако, все основные поверхности ослабления, вызывающие деформирование уступов, можно объединить в четыре группы.

Такими поверхностями являются: слабые контакты между слоями, различные протяженные трещины, тектонические нарушения и разломы, слабые слои и прослои.

Слоистый и трещиноватый массив рассматривают как квазиоднородную среду в тех случаях, когда поверхности ослабления не участвуют в формировании поверхности скольжения (20—22).

ПРИЛОЖЕНИЕ № 13

Методика расчетов устойчивости откосов в изотропной среде

В настоящее время в качестве метода расчета углов откосов в изотропной среде широкое распространение имеют методы расчета, основанные на предельном равновесии по наиболее слабым поверхностям, положение которых устанавливают тем или иным способом. Одним их таких методов является метод алгебраического сложения сил кругло-цилиндрической или монотонной криволинейной поверхности.

Оценку устойчивости по этому методу производят через коэффициент устойчивости Кзап, равный отношению сил, удерживающих призму возможного сдвижения пород, к сдвигающим силам, по формуле:

φр и Ср — расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления в массиве;

Рi — масса элементарного вертикального блока призмы возможного смещения пород;

g — ускорение свободного падения;

β — угол наклона элементарной площадки скольжения длиной li;

li — длина элементарной площадки скольжения, служащая основанием элементарного блока.

Расчеты ведут по наиболее опасной поверхности скольжения, которая для изотропной среды строится графически по методу Г.Л. Фисенко. Порядок построения показан на рис. 1.

Кривая скольжения пересекает откос в его нижней точке или подошву откоса (при α 90 определяют по эмпирической формуле:

Ср — сцепление пород, т\м2;

γ — объемный вес пород, т\м3;

φ — угол внутреннего трения, градус.

На расстоянии Н90 от поверхности производится горизонтальная линия КД, на которой выбирают точки С (проекция точки А) и Д произвольно. Из точек С и Д

Рис. 1. Схема графического определения ширины призмы возможного обрушения и положения плоскости скольжения.

под углом к линии КД, равным 45° + φ\2, две пересекающиеся линии ВС и ДВ. Из точки М (основание откоса) проводят линию MS под углом к линии откоса 45 — φ\2. Линия MS и продолжение линии ДВ делятся на равное количество произвольных, но равных отрезков, из концов которых проводятся линии: FL, ЕТ параллельно линии ВС и РЕ, NE параллельно МА (откосу). Далее через точки полученных пересечений EF, проводят линию до пересечения линии MS (точки О). Из точки О параллельно ДТ проводят линию до пересечения с линией КД в точке Д1, из которой восстанавливают перпендикуляр в точку Z. Отрезок AZ определяет искомую величину бермы безопасности. Центр дуги поверхности скольжения определяется пересечением перпендикуляров к прямым ОС и MS, проходящих соответственно через точки С1 и М.

Полученную призму возможного смещения пород разделяют вертикальными сечениями на отрезки и определяют массу пород каждого отсека, углы наклона и длину элементарных площадок скольжения в каждом отсеке. Далее определяют запас устойчивости борта по приведенной выше формуле.

Для неглубоких карьеров (до 150 м) оптимальный угол наклона бортов карьера можно получать при помощи графика на рис. 2. Для этого при заданной высоте откоса Н производят вычисление условной высоты Н' = Hγ/2Cpctg(45—φ/2), где у — объемный вес пород, H/м3, Ср — сцепление, Па, φ — угол внутреннего трения, а затем по графику определяют угол наклона борта α.

Как показали исследования (4, 25, 26), этот метод широко применяется в практике и дает результаты, наиболее близкие к действительности.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 14

Лабораторные исследования деформационных свойств горных пород

Лабораторными испытаниями деформационных свойств пород устанавливается величина предельного (критического) значения относительного сдвига, соответствующего разрушению породы, и скорости деформирования в зависимости от напряженного состояния пород. Критический сдвиг является основной деформационной характеристикой пород, по которой оценивается степень устойчивости бортов карьеров на любой момент времени путем сравнения наблюдаемых деформаций (сдвигов) прибортового массива с критическими величинами сдвигов пород, установленными лабораторными испытаниями пород или натурными наблюдениями за деформациями обрушившихся откосов в аналогичных условиях.

Характер деформирования пород при сдвиге в зависимости от величины напряжений и времени представлен на графиках (рис. 1, 2), построенных по результатам испытаний образцов пород в срезных приборах, сопровождающихся замером деформаций при различных ступенях нагрузок.

Если условиями опыта образцу горных пород задать постоянную скорость деформирования, то зависимость между деформацией сдвига (γ) и сдвигающим напряжением (σ) будет иметь вид кривой, изображенной на рис. 1, где на отрезке 0-1, характеризующем упругое деформирование породы, наблюдается практически прямая пропорциональность между напряжением и деформацией (следует иметь в виду, что даже у скальных пород этот отрезок не является строго прямолинейным); участок 1-2-3 характеризует пластическое деформирование образца, а на участке 2-3 наблюдается деформирование с постоянной (заданной) скоростью при неизменном сдвигающем напряжении — устанавливающаяся ползучесть; при достижении деформации предельного значения (γпр) происходит разрушение материала и уменьшение напряжения до τост, характеризующего остаточное сопротивление сдвигу породы за счет сил трения.

На рисунке 2 представлены графики развития пластических деформаций сдвига во времени при постоянном нормальном напряжении и сдвигающих напряжениях τ1234, превышающих предел упругости τуп.

При постоянном напряжении τ>τуп различают следующие стадии пластического деформирования: затухающую ползучесть — участок АВ на графике, где скорость

Рис. 1 График зависимости деформаций относительного сдвига образца породы от напряжений.

Рис. 2. Графики развития пластических деформаций во времени в зависимости от напряжений пластической деформации постепенно уменьшается; установившуюся ползучесть — участок ВС, где пластическая деформация развивается с постоянной скоростью; стадию прогрессирующей ползучести, или пластического течения — участок СД, где наблюдается разрушение материала и скорость деформации резко возрастает; прогрессирующая ползучесть наблюдается с момента, когда общая деформация достигает предельной величины (γпр). Опытами установлено, что чем меньше величина сдвигающего напряжения, тем более продолжительна стадия затухающей ползучести и менее скорость следующей за ней установившейся ползучести.

Графики, отражающие развитие деформаций породы во времени в зависимости от напряженного состояния, строят по результатам длительных испытаний образцов пород в срезных и сдвиговых приборах.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 15

Ориентировочные углы наклона бортов, углы откосов уступов и отвалов

х) Углы откосов устанавливаются путем расчетов. хх) При ориентировочном определении результирующих углов откосов отвалов принимаются минимальные значения.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 16

Методика производства буро-взрывных работ при специальной заоткоске уступов в предельном положении

Взрыв скважинных зарядов вызывает деформации уступа в поверхностной зоне. Ширина этой зоны в нижней части уступа составляет до 10—12 диаметров заряда, а по поверхности — до 40—50 м.

В пределах деформационной зоны происходит раскрытие естественных трещин, а на расстоянии 5—15 м от последнего ряда скважин образуются зияющие трещины, рис. 1, 2.

1. Заоткоска наклонными скважинами

Эффективным способом уменьшения деформаций массива от взрыва является применение при заоткоске наклонных скважин с углом наклона 60—70° (рис. 3) к горизонту и диагональной схемы короткозамедленного взрывания (рис. 4), которое сокращает ширину зоны остаточных деформаций по поверхности уступав 1,5-2 раза.

Для постановки уступа в предельное положение применение наклонных скважин диаметром 100—150 мм следует начинать за 15—20 м до подхода уступа к предельному проектному контуру.

Расчет параметров сетки наклонных скважин следует производить по удельному расходу взрывчатых веществ для данного типа породы; длина забойки в верхней части скважин составляет 15—20% длины скважины.

2. Контурное взрывание

При постановке борта карьера в предельное положение заоткоска уступов в условиях неблагоприятно ориентированной трещиноватости может производиться с помощью высокоэффективных специальных методов контурного взрывания.

Различают два вида контурного взрывания:

— предварительное щелеобразование — когда заряды контурного ряда взрываются первыми;

— гладкое взрывание — когда заряды контурного ряда взрываются после основных зарядов дробления.

Рис. 1 Схема прохождения сейсмовзрывной волны напряжений в борту карьера: 1 — взрывная скважина; 2 — направление прохождения сейсмовзрывной волны; 3 — изолинии сейсмовзрывных напряжений (МПа); 4 — полутень; 5 — тень; 6 — направление смещения приоткосного массива горных пород

Рис. 2. Остаточные деформации в уступе (в мм), сложенном окисленными кварцитами, после массового взрыва (ө= 20040 кг, ∆t = 20 м/с, q = 500—600 кг) на карьере Михайловского ГОКа. 1 и 2 — контур уступа соответственно до и после взрыва; 3 — взрывные скважины; 4 — ориентировочная граница зоны с нарушенной структурой; 5 — естественные трещины в массиве.

Рис. 3. Заоткоска уступа наклонными скважинными зарядами.

Рис. 4. Диагональные схемы короткозамедленного взрывания.

Сущность создания предварительной щели заключается в следующем. По проектному контуру выработки пробуривается ряд наклонных сближенных скважин малого диаметра. Скважины заряжаются ослабленными зарядами взрывчатых веществ (шланговые заряды) так, что между зарядом и стенкой скважины существует значительный воздушный зазор, который может быть заполнен забойкой. Наличие воздушного зазора или пористой забойки приводит к тому, что при взрыве зарядов радиальных трещин вокруг скважин не образуется, а развивается только одна трещина в плоскости, проходящей через оси скважин, и вдоль ряда скважин образуется ровная устойчивая поверхность откоса с видимыми следами скважин.

Взрывание контурных зарядов при применении метода предварительного щелеобразования производится в ненарушенном массиве, когда горные работы находятся от предельного контура на расстоянии не менее 15—20 м.

Расстояния между контурными скважинами в ряду определяет чистоту стенок щели. Удовлетворительная дня открытых горных работ чистота поверхности отрезной щели (откоса уступа) достигается при расстоянии между контурными зарядами 0,8—2,5 м.

В таблице 1 приведены ориентировочные параметры зарядов отрезной щели в породах различной крепости.

Заряды для образования отрезных щелей приготовляются в виде гирлянд, на всю дину которых прокладывается детонирующий шнур, или используются шланговые заряды на всю длину скважины.

В качестве взрывчатых веществ обычно используются патроны аммонита № 6 и № 6 ЖВ диаметром 30 мм, а для скважин Ø 150—200 мм — патроны диаметром 90 мм.

Расстояние между рядами скважин отрезной щели и основными зарядами дробления на уровне подошвы уступа должно быть в пределах (5—7) dзар (dзар — диаметр заряда дробления). При меньшем расстоянии созданный отрезной щелью откос может быть поврежден основным взрывом, при большем — по подошве уступа остается целик.

Взрывание зарядов отрезной щели можно производить предварительно, до бурения скважин для основных зарядов дробления. Возможно также одновременное взрывание зарядов отрезной щели с основными зарядами по схеме, изображенной на рис. 5.1.

Опережение взрыва зарядов отрезной щели по отношению к моменту взрыва противолежащих им основных зарядов дробления должно находиться при этом в пределах 25—50 м/сек.

При любой последовательности взрывания основных и контурных зарядов основной взрыв должен производиться по диагональной схеме.

При заоткоске уступов методом гладкого взрывания (рис. 5, 1У) контурные заряды отрывают с поверхности откоса наиболее разрушенный слой и формируют более устойчивую поверхность. Скважины диаметром 80—100 мм располагаются на расстоянии 2-3 м от бровки уступа и заряжаются патронами взрывчатых веществ меньшего диаметра с величиной заряда 2—4 кг на 1 пог. м скважины. Верхняя часть скважин на глубину 2,0-2,5 м заполняется забойкой. В нижней части скважины помещается сплошной заряд весом 8—10 кг. Пространство между стенками скважин и патронами можно оставлять не заполненный забойкой.

Бурение контурных скважин и взрывание контурных зарядов можно производить после взрывания основных зарядов или совмещать во времени взрывание контурных зарядов с основными зарядами, разделив их интервалом 35—50 сек.

При отсутствии неблагоприятно ориентированной трещиноватости и слабой выветриваемости пород гладкое взрывание обеспечивает устойчивость уступов на весь срок существования карьера.

Заоткоска уступов под проектными углами может вестись по следующим технологическим схемам:

предварительное щелеобразование на предельном контуре карьера наклонными скважинами на высоту одного или нескольких уступов;

применение однорядных наклонных заоткосных скважин по проектному контуру на всю высоту уступа при выемке последней заходки в приконтурной полосе;

двурядные наклонные скважины на всю высоту уступа;

сочетание наклонных глубоких и вспомогательных коротких скважин;

сочетание наклонных глубоких и вспомогательных вертикальных коротких скважин;

оформление верхней части уступа, поставленного в проектный контур, короткими наклонными скважинами;

заоткоска вертикальными короткими скважинами;

однорядные вертикальные скважины на всю высоту уступа.

3. Сдваивание уступов на проектном контуре

Сдваивание и страивание уступов на проектном контуре могут быть выполнены: путем предварительного щелеобразования на общую высоту откоса; раздельной выемкой уступов в сочетании с наклонными скважинами при оформлении их под общий откос на проектном контуре; вертикальными отбойными скважинами при заоткоске с помощью экскаваторов, разделяя уступы на подуступы. Технологические схемы по сдваиванию 15-метровых уступов и параметры буровзрывных работ, разработанные применительно для карьера Саяк-1, приведены в табл. 2.

В скальных породах откосы сдваиваемых уступов без оставления берм безопасности качественно могут быть оформлены посредством предварительного щелеобразования. Наилучшим вариантом, как показали промышленно-экспериментальные работы, является схема 1 (рис. 5, 1, см. табл. 2), когда щель создается за пределами зоны остаточных деформаций сразу для обоих уступов скважинами малого диаметра (105—110 мм), пробуренных без перебура по проектному контуру на расстоянии 1,5-2,5 м друг от друга. При использовании скважин большого диаметра (200—250 мм) расстояние между ними в ряду может быть увеличено до 3-4 м.

При малой ширине рабочей площадки верхнего сдваиваемого уступа (схемы II, III на рис. 5, см. табл. 2) щелеобразование наиболее эффективно для нижнего, поскольку породы верхнего уступа уже имеют остаточные деформации вследствие предыдущих промышленных взрывов; образованная экранирующая щель в таких условиях малоэффективна.

Схема Ш апробирована в производственных условиях на карьере Саяк-1. Заоткоска велась при следующих параметрах буровзрывных работ: диаметр скважин — 243 мм, расстояние между ними по проектному контуру — 2,5 м, угол наклона — 65°.

Рис. 5. Технологические схемы заоткоски при сдваивании уступов: 1—1У — при помощи наклонных и вертикальных скважин; У — экскаваторная заоткоска уступов, где цифрами 1—6 показана последовательность выемки.

глубина — 27—29 м, величина заряда в скважине — 50 кг, число рассредоточений заряда — 9, взрывание — короткозамедленное.

В результате применения схемы III в промышленных условиях получены следующие данные: откос 30-метрового уступа ровный, видны следы заоткосных скважин, заколов на верхней площадке сдвоенного уступа не наблюдается, но нижняя часть уступа из-за недостаточной глубины заоткосного ряда скважин имеет пороги. Схемы I, II, III — это лучшие варианты для придания сдваиваемым уступам нужных откосов, но применение этих схем требует специального высокопроизводительного оборудования, достаточной ширины рабочих площадок при подходе уступов к проектному контуру и своевременного выполнения работ по заоткоске.

На карьерах чаще всего сдваивание уступов ведется раздельно, без создания общей экранирующей щели. В этом случае заоткосные наклонные скважины по проектному контуру бурят на каждом уступе. Поскольку пробурить наклонные скважины для сдваиваемого нижнего уступа под один откос с верхним практически невозможно, то при этом неизбежно оставление бермы шириной 2-3 м.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 17

Мероприятия по предотвращению деформаций бортов, уступов и отвалов

ПРИЛОЖЕНИЕ № 18

Коэффициенты «X» и «У» для расчетов устойчивых отвалов

ПРИЛОЖЕНИЕ № 19

Основные понятия и термины, используемые при изучении устойчивости откосов на карьере

1. Абсолютное смещение горных пород — перемещение одной части горного массива относительно другой, неподвижной части; характеризуется вектором смещения.

2. Активная стадия развития деформаций откосов — период с момента появления видимых признаков разрушения горных пород до начала стадии затухания деформаций.

3. Анизотропная горная порода — горная порода, свойства которой в различных направлениях неодинаковы. Ярко выраженной механической анизотропией обладают многие осадочные породы (сланцы, глины), прочность которых вкрест простиранию в несколько раз выше, чем по напластованию.

4. Борт карьера — боковая поверхность, ограничивающая карьер, в вертикальной плоскости он может быть плоским, выпуклым, вогнутым и ломаным; в плане — прямолинейным и криволинейным (с выпуклостью в сторону выработанного пространства или в сторону подвигания горных работ).

5. Бровка — линия пересечения поверхности откосов уступа (яруса отвала) с поверхностью площадок (верхней или нижней), соответственно называемая верхней и нижней бровками. Нижняя бровка нижнего уступа называется контуром карьера, верхняя бровка верхнего уступа (линия пересечения откоса верхнего уступа с дневной поверхностью) — контуром карьера.

6. Величина сдвига горных пород (угол сдвига) — отношение разности абсолютных смещений отдельных точек массива к расстоянию между ними по нормали к направлению смещения.

7. Величина смещения оползания (обрушения) — горизонтальное проложение пути, пройденного смещенными породами от нижней бровки откоса по направлению смещения.

8. Вектор смещения — направленный отрезок, изображающий в некотором масштабе абсолютное смещение отдельной точки дневной поверхности или массива горных пород в пространстве на определенный момент времени.

9. Вертикальные деформации — характеризуют изменение положения точек дневной поверхности или массива горных пород в вертикальной плоскости.

10. Виды нарушений устойчивости откосов — разрушающие деформации откосов уступов и бортов карьеров и отвалов: оползни, обрушения, оплывины и просадки, а также фильтрационные деформации — выпор, оплывание, суффозия, фильтрационный вынос вдоль трещин.

11. Время стояния откоса — измеряется промежутком времени, в течение которого откос находился в нерабочем состоянии.

12. Вторичные подвижки — активизация ранее наблюдавшихся деформаций (главным образом оползней), возникающая в результате внешних воздействий (влияние подземных вод, выпадение атмосферных осадков, таяние снегов, уборка части оползших масс, внешней пригрузки и т. п.), нередко сопровождающаяся вовлечением в движение масс горных пород, ранее не затронутых разрушающими деформациями.

13. Высота деформационного откоса — разность между максимальной и минимальной высотными отметками откоса до нарушения его устойчивости.

14. Глубина развития деформации — расстояние (по горизонтали) от первоначального положения верхней бровки (контура карьера) откоса до последней визуально прослеживаемой трещины в направлении, противоположном направлению движения смещенных масс.

15. Горизонтальные деформации — характеризуют изменение положения точек дневной поверхности или массива горных пород в плане. Различают абсолютные и относительные горизонтальные деформации.

16. Деформация горных пород — изменение формы и объема горных пород под действием различного рода сил (гравитационных, сейсмических, внешних пригрузок от горнотранспортного оборудования и т. д.) Различают упругие, пластические и разрывные деформации. При упругих деформациях после снятия нагрузки форма тела восстанавливается. Пластические и разрывные деформации необратимы. Большинство горных пород при повышении нагрузок претерпевает все три стадии деформирования. У глинистых пород упругая деформация практически отсутствует.

17. Закол — визуально прослеживаемая трещина на верхней площадке уступа или дневной поверхности, образовавшаяся в результате развития деформаций откоса.

18. Изотропная горная порода — горная порода, механические свойства которой в различных направлениях одинаковы.

19. Искусственное укрепление горных пород — мероприятия, направленные на повышение устойчивости горных пород в условиях их естественного залегания. Различают следующие методы придания горным породам повышенной прочности: а) механические (штанговое крепление, шпунты, сваи, тяжи, подпорные и контрфорсные стенки); б) цементационные (обжиг, цементация, смолизация, битумизация, ситликатизация); в) изоляционные (торкрет-бетон, набрызг-бетон, одернование и лесопосадка, гидрофобизирующее покрытие из мылонафта и др.); г) комбинированные (например, электроосмос и термообработка, штанговое крепление и цементация, штанговое крепление и гидроизоляционное покрытие и т. д.).

20. Коэффициент запаса устойчивости — отношение суммы всех сил, удерживающих откос в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия; действие этих сил во всех инженерных методах переносится на потенциальную (наиболее напряженную) поверхность скольжения. Для откосов эта величина принимается в пределах от 1,0 до 1,5; в зависимости от достоверности исходных данных при расчете, ответственности откоса и срока службы.

21. Коэффициент структурного ослабления — соотношение прочности горных пород в массиве и образце. Определяется опытным путем.

22. Наблюдательная станция на борту карьера — совокупность реперов, заложенных по определенной системе на земной поверхности и уступах борта карьера с целью наблюдения за деформациями земной поверхности и откосов уступов.

23. Обрушение — быстрое смещение породных масс или блоков и пачек пород, слагающих откос, сопровождающееся дроблением смещающейся части массива. Поверхность отрыва обрушающихся пород от основного массива, как правило, совпадает с различного рода нарушениями сплошности массива (крупные трещины, слоистость, тектонические нарушения и т. п.) и залегает под углом, большим угла внутреннего трения; поэтому после преодоления сил сцепления оторвавшийся массив не может удерживаться по этой поверхности силами трения и перемещается вниз к подошве откоса. Активная стадия обрушения протекает практически мгновенно.

24. Опасные деформации горных пород — деформации отвалов, уступов и бортов карьеров, площадок, а также прилегающей к карьеру территории, способные вызывать аварии горно-транспортного оборудования, ухудшающие условия работы на карьерах, угрожающие безопасности работ в карьерах.

25. Оплывание — процесс разрушения горных пород, вызванный переносом и переотложением частиц пород подземными водами, вытекающими на откос.

26. Оплывина — перемещение в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры (пылеватых песков и глин, а также лессовидных суглинков и лессов), которые растекаются по площадкам уступов под углом 4—6° и менее. Оплывина развивается довольно интенсивно, часто приобретая катастрофический характер.

27. Оползень — медленное смещение масс горных пород, слагающих откос (а нередко и его основание), происходящее в виде скользящего движения между смещающимися породами и неподвижным массивом. Наиболее крупный по размерам вид нарушения устойчивости откосов. Связан, главным образом, с наличием в толще горных пород слабых увлажненных слоев, контактов, даек, тектонических нарушений.

28. Оседание — вертикальное смещение массива горных пород в результате сжатия, уплотнения или иных видоизменений горных пород, слагающих откос или его основание. Весьма широко О. Распространено на отвалах глинистых пород, где составляет до 30% от первоначальной высоты. Равномерное оседание, особенно связанное с консолидацией пород, в общем случае не представляет опасности.

29. Откос — наклонная часть поверхности открытой горной выработки или искусственной насыпи (отвала). В зависимости от вида горнодобывающего оборудования, откос может иметь плоский (экскаваторы-драглайны, многочерпаковые экскаваторы), вогнутый (прямая и обратная мехлопаты, цепные и роторные экскаваторы), ломаный (многочерпаковые экскаваторы) и сложный (роторные экскаваторы) профили.

30. Площадка (берма) уступа — горизонтальная часть поверхности уступа карьера, служащая для размещения горнодобывающих механизмов, транспортных путей, водосборных средств и приема и размещения осыпей и скатывающихся с поверхности откоса отдельных глыб горной породы. В соответствии с этим различают рабочие, транспортные, предохранительные площадки. Ширины площадок определяется размерами горно-транспортных машин, правилами технической эксплуатации и устойчивостью горных пород.

31. Поверхность скольжения — поверхность в массиве борта карьера (откоса уступа или отвала), являющаяся геометрическим местом точек максимальных относительных сдвигов горных пород и отделяющая смещающуюся часть от основной неподвижной части массива горных пород. В большинстве случаев поверхность скольжения связана с наличием в массиве поверхностей прочностной анизотропии горных пород (слабые контакты разнородных пород, трещины, тектонические зоны и нарушения, относительно малопрочные слои и прослойки). При оценке устойчивости откоса путем расчета выделяют расчетную поверхность, по которой производится сравнение сдвигающих и удерживающих сил.

32. Предельная высота вертикальное откоса (Нв) — максимальная высота, при которой вертикальное обнажение устойчивое.

33. Предельная деформация борта — предельная величина сдвига пород, слагающих борта карьера, предшествующая активной стадии развития деформаций.

34. Призма обрушения борта карьера (откоса уступа, отвала) — часть массива горных пород (отвальных масс), заключенная между бортами карьера (откосом уступа или отвала) и поверхностью скольжения.

35. Просадка — неравномерное вертикальное опускание площадок уступов и поверхности отвалов, сложенных высокопористыми рыхлыми породами естественной и нарушенной структуры под влиянием собственного веса, динамических нагрузок и т. п. При просадках обычно не образуется сплошной поверхности скольжения. Особым видом просадочных явлений считаются провалы под влиянием карстовых процессов и подземных разработок.

36. Профильная линия — часть маркшейдерской наблюдательной станции в виде прямой или ломаной линии, по которой расположены реперы по наблюдению за деформациями горных пород. Состоит из рабочих и опорных реперов, которые располагаются, как правило, по направлению предполагаемых подвижек потенциальных нарушений устойчивости.

37. Расчетные характеристики — используемые при оценке устойчивости показателя физико-механических свойств горных пород.

38. Репер — закрепленная в натуре (по дневной поверхности, в массиве горных пород или в горной выработке) маркшейдерская точка с известными координатами. Различают исходные, опорные и рабочие реперы. В качестве исходных для наблюдений за деформациями горных пород в откосах служат пункты съемочного обоснования, полигонометрии I-го и II-го разрядов, триангуляции всех классов и микротриангуляции. Исходные реперы служат для развития сети наблюдательной станции, состоящей из отдельных профильных линий.

39. Скорость смещения точек массива — величина смещения рабочих реперов маркшейдерской наблюдательной станции за определенный отрезок времени по направлению вектора смещения. В зависимости от динамики процесса, скорости деформаций могут изменяться: м/час, м/сутки, опасности деформаций наиболее показательна скорость смещения в начальный период активной стации деформаций.

40. Скрытая стадия развития оползня — период от начала развития микроподвижек в массиве до появления видимых признаков формирования оползня (появление трещин наземной поверхности, выпирание пород в основании борта карьера и т.д.) Скорость смещения точек массива к концу скрытой стадии 1—10 мм/сутки.

41. Стадия затухания оползня — период смещения оползневых масс с уменьшающейся скоростью до полного прекращения смещения.

42. Суффозия — вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил.

43. Трещина отрыва (Н90) — верхняя часть поверхности скольжения — ее вертикальная часть.

44. Угол наклона борта карьера — угол в плоскости, нормальной к простиранию борта карьера, между линией, соединяющей верхний и нижний контуры карьера, и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

45. Угол откоса уступа — угол в плоскости, нормальной к простиранию уступа, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки уступа, и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

46. Уступ карьера часть борта карьера в форме ступени.

47. Ширина призмы обрушения — участок дневной поверхности или площадки уступа между бровкой и контуром потенциальной поверхности скольжения.

48. Ширина зоны деформирования земной поверхности — расстояние от верхнего контура карьера до границы, за которой микродеформации не проявляются.

49. Ширина зоны заколов — расстояние от верхнего контура (бровки) карьера (уступа) до наиболее удаленного закола или трещины.

50. Эквивалентный угол наклона борта выпуклого и вогнутого профилей фиктивный угол наклона борта карьера плоского профиля, эквивалентный по объему вскрыши углам наклона бортов выпуклого и вогнутого профилей.

51. Камеральная отбаботка — выполнение необходимых расчетов по результатам полевых инструментальных наблюдений.

52. Критические деформации — показатель деформирования пород в откосе уступа после достижения которого может наступить разрушение уступа.

53. Метод инклинометрии — оценка степени деформирования пород в массиве путем измерения величины искривления стенки наблюдательной скважины, обсаженной трубами из ПВП.

54. ПВП — полиэтилен высокой плотности.

55. Локальная призма обрушения — часть массива горных пород, заключенная между откосом уступа и поверхностью скольжения, ограниченной трещинами небольшой протяженности.

56. Компрессионные свойства пород — способность пород уплотняться под влиянием приложенной нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фисенко Г.Л. и др. Динамика развития деформаций откосов на карьерах. Днепропетровск, Промань.

2. Фисенко Г.Л., Мочалов А.М. Пути дальнейшего совершенствования методики оценки длительной устойчивости бортов карьера. Сб. «Вопросы маркшейдерского дела», Белград, 1969.

3. Мочалов А.М. и др. Исследование деформаций откосов на моделях для оценки их устойчивости. Труды ВЫЯМИ, Сб. № 86,1972 г.

4. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М, Недра, 1965 г.

5. Методические указания по определению углов наклона бортов, уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. Одобренные и рекомендованные к применению Госгортехнадзором СССР. Ленинград., ВНИМИ, 1972 г.

6. Галустьян Э.Л. Крупномасштабные деформации бортов карьера в слоистых по родах. Горный журнал, 1990, № 5.

7. Галустьян Э.Л. Деформации откосов, на карьере 3 и способы их предупреждения. Горный журнал, 1990, №11.

8. Филлипов Н.Ф. и др. Геомеханическое и технологическое обеспечение повышения углов наклона бортов карьеров ГОКов Украины. Горный журнал, 1991, № 9.

9. Ильницкая Е.Ч. Свойства горных пород и методы их определения.

10. Бурилейн Л. С. Статистические и динамические испытания свойств пород. Москва, Недра, 1970.

11. Инструкция по эксплуатации пробника БУ-39, Ленинград, ВНИМИ, 1975 г.

13. Приклонский В.А. Грунтоведение. М., Госгеолтехиздат, 1955.

14. Чановский К.Г. Практическое руководство к лабораторным работам по грунтоведению и механике грунтов. М., Госгеолтехиздат, 1961 г.

15. Половинкина Ю.И. и др. Структуры горных пород М, Л., Госгеолтехиздат, 1948 г.

16. Сергеев Е.М. Грунтоведение, М., МГУ, 1954 г.

17. Методы изучения осадочных пород, М., Госгеолтехиздат, 1957 г.

18. Инструкция по приближенному испытанию образцов горных пород неправиль ной формы на одноосное сжатие. Л., ВНИМИ, 1964 г.

19. Попов Н.Н., Окатов Р.П. Борьба с оползнями на карьерах. М., Недра, 1980 г.

20. Галустьян Э.Л. Прогнозирование деформаций карьерных уступов. Горный журнал, 1989 г., № 8.

21. Галустьян Э.Л. Управление геомеханическими процессами в карьере. М., Недра, 1980 г.

22. Галустьян Э.Л. Расчет устойчивости уступов. Горный журнал, 1980 г., № 11.

23. Ильин А.И. Теория и прогноз развития нарушений откосов на карьерах. В кн.: Материалы совещания по вопросам изучения устойчивости откосов на карьерах. Белград, 1968 г.

24. Правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Ташкент, Узбекистан, 1996 г., утвержденные Госгортехнадзором Республики Узбекистан от 11.08.95 г., протокол № 14. Государственная регистрация в Министерстве юстиции Республики Узбекистан за № 163 от 18.08.95 г.