4. Способы управления устойчивостью откосов
Совершенствование технологии открытой разработки месторождений позволяет увеличить глубину карьеров до 500 – 700 м. Для таких карьеров вопросы длительной устойчивости бортов на предельном контуре приобретают важное значение с точки зрения обеспечения безопасности и экономической эффективности ведения горных работ.
Максимально крутые углы наклонов бортов карьеров, обеспечивающие минимальные объемы вскрышных работ, достигаются конструированием с учетом применяемого горно-транспортного оборудования. Однако чисто конструкторский подход к определению геометрических параметров карьеров, как правило, ограничивается инженерно-геологическими условиями массива горных пород.
Если конструктивные параметры не обеспечиваются условиями устойчивости отдельных уступов и бортов, то необходимо уменьшать углы откосов или направленно изменять состояние массива путем применения специальных технологических и инженерных методов управления состоянием откосов (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема управления откосов на карьерах
Уменьшение углов откосов приводит к снижению технико-экономических показателей открытого способа разработки. Так, например, уменьшение угла наклона борта карьера глубиной 400 м с 55 до 45° приводит к увеличению объема вскрышки до 40 млн. м 3 на один километр протяженности борта (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Зависимость объема вскрышки VВ от глубины карьера и угла наклона борта α (по Э. Л. Галустьяну)
Цель технологических приемов управления состоянием откосов – отыскание таких способов вскрытия, систем разработки, типов применяемого горно-транспортного оборудования, способов ведения буровзрывных работ и осушения карьерных полей, которые исключали бы случаи нарушения устойчивости уступов и бортов.
Применение комплекса технологических приемов управления состоянием рабочих и нерабочих бортов и уступов зависит от горно-технических и инженерно-геологических условий разработки месторождений и отвалообразования.
К основным технологическим способам управления состоянием откосов относятся: маневрирование горными работами (соблюдение очередности отработки), рациональное вскрытие и раскройку карьерного поля, изменение параметров уступов и борта, направления и скорости подвигания фронта горных работ; специальную заоткоску уступов.
Цель инженерных способов управления состоянием откосов – сохранение проектных параметров уступов и бортов путем механического их укрепления горных пород в массиве.
Сущность укрепления деформирующих откосов механическими способами – создание в определенной части массива горных пород такого напряженного состояния, которое препятствует развитию в нем разрушающих сдвиговых деформаций. Укрепительные противооползневые конструкции и сооружения, воспринимая давление призмы обрушения, предают его на область массива, которая находится вне зоны формирования поверхности скольжения.
Механическое укрепление откосов осуществляется с помощью свай, шпон, штанг (анкеров) и гибких тросовых тяжей, защитных (изолирующих) покрытий и стенок, подпорных стен и контрофорсов.
Упрочнение массива горных пород – это искусственное закрепление, улучшение физико-механических и фильтрационных свойств горных пород, слагающих откос. В зависимости от инженерно-геологических условий участка карьера для восстановления нарушенных структурных связей в трещиноватых горных породах или для создания новых дополнительных связей в рыхлых отложениях применяют следующие способы упрочнения: цементацию, силикатизацию или нагнетание в массив других укрепляющих растворов, электросиликатизацию, электрохимическую и термическую обработку, уплотнение пород энергией взрыва. Целесообразность искусственного поддержания устойчивости уступов определяется технико-экономическими расчетами, основные показатели которых – объем сокращения вскрышки, ее стоимость и стоимость затрат на противооползневые мероприятия. Путем сравнения затрат на искусственное укрепление откосов с затратами на дополнительный разнос борта устанавливают целесообразность мер защиты откосов.
Инженерные методы применяют: если направление простирания крупных технических нарушений, трещин, слоистости массива горных пород пересекается под углом менее 45° с направлением простирания откосов уступов; в зонах интенсивной тещиноватости, склонных к выветриванию горных пород, тектонических разломов и нарушений с большими амплитудами смещения пластов; в зонах с неблагоприятно ориентированной слоистостью массива горных пород, падающей в сторону выработанного пространства под углом 20…30°; когда невозможно осуществить выполаживание борта при работах на глубоких горизонтах.
Состав проекта по укреплению уступов и бортов карьера должен включать: исходные данные геолого-разведочных работ и инженерно-геологических изысканий; расчеты устойчивости борта на участках укрепительных работ; способы укрепления, упрочнения и изоляции горных пород в откосах; паспорта укрепления откосов; технико-экономические расчеты и сравнительные варианты укрепления.
При оценке инженерных способов укрепления откосов важнейшими являются стоимостные показатели и сроки строительных работ. Варианты укрепления откосов оцениваются: экономической целесообразностью; затратами на конструкции противооползневого сооружения; расходом материалов; сроком строительства, зависящего от времени стояния незакрепленного откоса; долговечностью конструкций.
Пат. 2213182 Российская Федерация, МПК7 E02D17/20. Тросово-сетчатая завеса борта карьера / Коноваленко В. Я.; заявитель и патентообладатель Акционерная компания «АЛРОСА» (ЗАО). – № 2002108989/03; заявл. 08.04.02, опубл. 27.09.03.