книги / Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

тенсивность ведения отвальных работ; динамические и статические нагрузки.

Природные факторы. Геологические условия отрицательно вли­ яют на устойчивость внутренних и внешних отвалов при их разме­ щении на наклонном слоистом основании с ориентировкой согласно откосам отвалов. Особенно неблагоприятные условия устойчивости создаются при более низких сопротивлениях сдвигу по контактам слоев, чем сопротивление сдвигу пород в отвале. Устойчивость от­ косов в этом случае определяется главным образом сопротивлением сдвигу по контактам, которые являются потенциальными плоскос­ тями скольжения оползней.

Инженерно-геологические факторы — это в основном физико­ механические свойства пород отвальной массы и основания. Устой­ чивость пород в откосе непосредственно зависит от их сопротивле­ ния сдвигу.

Для отвалов, отсыпаемых под углом на прочное основание, устойчивость откосов обеспечивается при любой высоте, если выполняется условие а^<р, где <р — угол внутреннего трения от­ вальных пород. Это положение справедливо для отвалов из песка или прочих скальных пород, угол естественного откоса которых практически равен углу внутреннего трения. Для пород, у которых это условие не выполняется, существует критическая высота отва­ ла, характеризующаяся равенством сдвигающих и удерживающих откос в равновесии напряжений, превышение которых приводит к оползневым деформациям.

При оценке устойчивости необходимо учитывать, что угол внут­ реннего трения песчано-глинистых пород — величина непостоянная. Под воздействием различных факторов (в первую очередь под влиянием воды) она может изменяться в широких пределах, пре­ имущественно уменьшаться, вызывая тем самым снижение высоты устойчивого отвала.

Прочность пород основания отвала также во многом определя­ ет их устойчивость. Этот фактор проявляется тогда, когда проч­ ность пород отвала заведомо превышает прочность подстилающих его горных пород, так как в противном случае устойчивость откосов будет определяться параметрами сопротивления сдвигу (с и ср) самого отвала и деформации не будут распространяться ниже его основания.

Деформации отвалов на основаниях с малой несущей способ­ ностью проявляются в виде их оседания или их частей с выдавли­ ванием пород основания либо в виде оползней, которые захваты­ вают и нижележащие породы.

Деформации из-за слабого основания в условиях внутреннего отвалообразования могут быть вызваны разуплотнением и разуп­ рочнением пород дна карьера после выемки полезного ископаемого. Прочность будущего основания, оцененного по результатам испы­ таний кернового материала, полученного при бурении скважин до вскрытия карьера, может оказаться достаточно высокой, и парамет­ ры отвала, рассчитанные по этим данным, будут значительно завы­ шены.

по наиболее слабому слою. По данным О. Ю. Крячко, оползни с наличием расположенного наклонно ослабленного слоя в насып­ ном массиве наблюдаются на бульдозерных отвалах в Южном Куз­ бассе, плоскости скольжения которых проходят по слою лессовид­ ных суглинков, образующемуся после сосредоточенной их отсып­ ки в отвал.

Более благоприятные условия устойчивости отвалов возникают при отсыпке слабых пород в их основания. В большинстве случаев вскрытие месторождения начинается с отработки более слабых пород вскрыши (глин, суглинков и т. д.), которые имеют невысо­ кую и легко снижающуюся при дополнительном увлажнении проч­ ность. Как правило, эти породы размещаются в нижнем ярусе от­ валов и значительно уменьшают его приемную способность в связи с сокращением высоты, допустимой по условиям устойчивости.

Высокая интенсивность отсыпки отвалов (скорость нарастания высоты) может приводить к их деформациям вследствие превыше­ ния скорости роста избыточного порового давления по сравнению со скоростью его рассеивания. В данном случае для обеспечения ус­ тойчивости скорость роста отвалов по высоте не должна превосхо­ дить определенной величины, зависящей от свойств пород, при достижении которой наступает равенство сил, сдвигающих и удер­ живающих откос.

Динамические нагрузки, возникающие при взрывных работах, а также при падении струи в отвал с консолей транспортно-от­ вальных мостов и ленточных отвалообразователей, отрицательно влияют на устойчивость отвалов в том случае, если отвальные по­ роды поддаются тиксотропному разжижению.

Статические нагрузки от размещаемых на отвалах механизмов влияют на их устойчивость в связи с увеличением давления на призму возможного оползания; расчеты таких отвалов должны вы­ полняться с учетом этих нагрузок.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими признаками характеризуется массив горных пород?

2.Назовите физические свойства горных пород.

3.Чем характеризуется прочность горной породы?

4.Перечислите основные показатели прочности, определяемые при испыта­ ниях на сдвиг.

5.Какие причины обусловливают напряжения в массиве горной породы?

6.Объясните действие тектонических сил на напряженное состояние масси­ ва горных пород.

7.Чем отличаются условия равновесия откосов, сложенных породами несвяз­ ными, идеально связными и обладающими сцеплением и внутренним трением?

8.Охарактеризуйте влияние подземных вод на устойчивость откосов в карь­

ерах.

9.Каким образом можно учесть неоднородность и анизотропию свойств мас­ сива горных пород при определении их физико-механических свойств?

10.Какие задачи управления состоянием массива горных пород решаются с помощью стереографических проекций трещиноватости?

11.Назовите основные техногенные факторы устойчивости бортов карьеров.

12.Дайте характеристику основных факторов устойчивости техногенных мас­ сивов (отвалов).

§ 1. Классификация деформаций

Деформации массивов горных пород представляют собой слож­ ные инженерно-геологические явления, приводящие к изменению формы контура горных выработок (отвалов) под влиянием при­ родных (естественных) и техногенных (горно-технических) факто­ ров. Формы и интенсивность проявления деформаций зависят от геологического и гидрогеологического строения массива горных по­ род, а также от вида техногенного воздействия на него.

Различают следующие основные виды деформаций массивов горных пород: осыпи, обрушения, оползни и группу фильтрацион­ ных деформаций, включающую механическую и химическую суф­ фозии, оплывины, фильтрационный выпор, просадку и эрозию.

Классификация основных видов деформаций, по данным

Г.Л. Фисенко и с некоторыми дополнениями, приведена в табл. 2.1. Между перечисленными выше видами деформаций не всегда

можно провести четкую границу. Например, осыпи и обрушения различаются относительной величиной перемещающихся масс гор­ ных пород, а обрушения и оползни — скоростью перемещения, ко­ торая зависит от наклона поверхности скольжения. На карьерах происходят обрушения, переходящие в оползни, и наоборот — оползни, переходящие в обрушения. Не существует четкой границы между оползнями и оплывинами. При увеличении влажности гли­ нистых пород оползни могут переходить в оплывины. Не всегда можно отличить просадку от оползня, так как с течением времени в результате просадки может появиться плоскость скольжения и процесс закончится оползнем или обрушением.

§ 2. Осыпи и обрушения

Осыпи — это скопление продуктов разрушения горных пород на откосах и у их основания. Они наиболее распространенный вид деформаций откосов в карьерах и характерны для всех типов гор­ ных пород: скальных, несвязных раздельнозернистых и мягких связных. Продукты разрушения, слагающие осыпи, представлены обломочным материалом выветривания горных пород. Размеры и формы отдельных обломков могут быть различными, так как зави­ сят от типа породы, ее состава, влажности и трещиноватости.

По форме залегания осыпи подразделяются на контрфорсные и висячие. Контрфорсные осыпи образуются у основания откоса, отличаются большей степенью устойчивости, так как имеют упор­ ную часть на горизонтальной поверхности уступа. Висячие осыпи возникают на откосе, в зоне участков с вогнутым профилем, они менее устойчивы вследствие наклона площадки их основания. В обо­ их случаях нарушение общей устойчивости осыпей связано с их смещением по плоскости ненарушенных пород массива и зависит от многих факторов, основными из которых являются: плотность ук-