Глава 4

УПРОЩЕННЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ, ОТКОСОВ УСТУПОВ И ОТВАЛОВ

4.1. Наблюдения за фильтрационными деформациями

4.1.1. Наблюдения за фильтрационными деформациями откосов уступов проводятся с целью выявления начала деформаций, прогноза развития и разработки мер по их локализации.

Наблюдения должны проводиться по профильным линиям наблюдательных станций. В каждой серии наблюдений производится детальная съемка профиля откоса на участке высачивания; сравнение результатов наблюдений по профилям фильтрующих участков в смежных сериях позволяет определить динамику развития деформаций за период между этими сериями наблюдений.

4.1.2. Для прогноза развития деформаций во времени на профиле отображаются: положение водоупора, состав и свойства фильтрующего и налегающего слоев пород, депрессионная поверхность, удельный расход фильтрующего потока. При наличии концентрированных источников, приводящих к развитию каверн и промоин, следует определять объем каверн и их распространение в глубь откоса, а также замерять расходы потока и объем выносимого потоком материала за единицу времени.

4.1.3. Наблюдения необходимо начинать непосредственно после выемки очередной экскаваторной заходки. С целью выявления динамики развития фильтрационных деформаций наблюдения в первый период проводятся ежедневно.

4.1.4. В легкорастворимых породах фиксируются все источники и систематически производится обследование поверхности карьера, а также площадок уступов для выявления и своевременной ликвидации провальных воронок при их наличии.

При наличии сосредоточенных наземных водотоков в размываемых породах проводятся наблюдения за развивающимися эрозионными деформациями. Схема расположения реперов и порядок измерений при наблюдении за развитием промоины показаны на рис. 14.

Рис. 14. Наблюдения за развитием промоины

4.2. Наблюдения за процессом осыпания пород в откосах уступов

4.2.1. Осыпание пород в откосах уступов под влиянием выветривания является неизбежным и наиболее широко распространенным на карьерах видом деформаций откосов, поэтому наблюдения за развитием осыпей являются обязательной составной частью наблюдений за деформациями бортов карьеров.

4.2.2. При развитии осыпи происходит выполаживание откоса, нарушение, а иногда и полная сработка предохранительных берм, оставляемых между уступами, вследствие чего борт приобретает вид сплошного откоса большой высоты, работать под которым становится опасно.

Опасность осыпей глинистых пород заключается в том, что осыпавшиеся массы представляют собой аккумулятор для накопления влаги и в дальнейшем переходят в оползни и оплывины. Процесс разрушения и осыпания крутой части откоса завершается после того, как осыпь достигает верхней бровки уступа, протекая с определенной скоростью, зависящей от свойств пород, климатических условий, угла откоса уступа и его местоположения относительно стран света.

4.2.3. Интенсивность осыпания зависит в основном от выветриваемости пород, углов откосов уступов и способа заоткоски уступов. Выветриваемость, т.е. склонность горных пород изменять прочность под влиянием агентов выветривания, определяется их геолого-петрографическими признаками: минеральным составом, структурой, текстурой, условиями залегания слоев, степенью литификации, характером и степенью трещиноватости и зависит от климатических условий и положения откосов относительно стран света. Сотрясения горных пород под влиянием взрывных работ и работы горнотранспортного оборудования активизируют развитие осыпей.

4.2.4. Целью наблюдений за выветриванием и осыпанием пород является определение оптимальных углов откосов уступов и ширины берм уступов длительного срока службы в зависимости от определяемых:

- времени начала осыпания и интенсивности осыпания в откосах уступов пород различного литологического состава при различной экспозиции откосов, а также от величины углов откосов;

- закономерностей осыпания пород по высоте откоса и сработки верхней площадки (отступления верхней бровки) уступа и движения нижней границы осыпи во времени.

Интенсивность осыпания характеризуется:

- мощностью слоя осыпавшихся с поверхности откоса пород в результате выветривания за единицу времени;

- сработкой верхней площадки за единицу времени;

- объемом осыпи на 1 пог. м длины борта, образовавшимся за единицу времени;

- перемещением нижней границы осыпи за единицу времени. В зависимости от интенсивности указанных показателей за единицу времени принимается год, месяц и т.п.

4.2.5. Нарушение устойчивого равновесия частиц породы на поверхности крутого откоса при выветривании и их осыпание происходит при определенной для данной породы величине прочности, называемой критической. Снижение начальной прочности пород на поверхности откоса до критической в различных породах характеризуется разными интервалами времени.

4.2.6. Процесс выветривания пород на поверхности откосов протекает различно в крепких и слабых породах.

Период снижения начальной прочности до критической в крепких породах зависит, при прочих равных условиях, от степени их трещиноватости. Процесс выветривания в откосах, сложенных породами средней крепости, отличается большей интенсивностью, чем в крепких породах, вследствие их обезвоживания (усыхания), при котором образуется частая и беспорядочная трещиноватость. Процесс выветривания откосов, сложенных песчано-глинистыми породами, характеризующимися высокой естественной влажностью, протекает еще более интенсивно, чем в полускальных породах, т.к. эти породы у поверхности откосов подсыхают и подвергаются усадке, интенсивному растрескиванию и шелушению. Осыпание в этих породах начинается вскоре после отработки очередной заходки.

4.2.7. Время начала осыпания крепких и средней крепости горных пород устанавливается путем определения их критической прочности и закономерности изменения прочности во времени (рис. 15).

4.2.8. Критическая прочность пород для каждой литологической разности определяется на поверхности нескольких осыпающихся откосов с различными углами заоткоски, превышающими угол естественного откоса (при > 45°).

Рис. 15. Изменение прочности пород на поверхности откосов во времени

4.2.9. Изменение прочности породы на поверхности откоса устанавливается путем определения прочности одной и той же литологической разности на поверхности нескольких откосов различного срока пребывания его в нерабочем состоянии.

4.2.10. Прочность скальных пород определяется испытанием на одноосное сжатие образцов неправильной и полуправильной формы, отобранных с поверхности откоса. Методика таких испытаний дана в приложении 14.

4.2.11. Прочность пород средней крепости определяется испытанием образцов неправильной и полуправильной формы на сжатие и динамическим пробником (пенетрометром) непосредственно на поверхности откоса.

4.2.12. Интенсивность осыпания пород с поверхности откоса и ее изменение во времени определяется по результатам длительных полевых наблюдений за осыпанием пород. Для этого производится:

а) закладка наблюдательных станций на откосах уступов;

б) периодическая инструментальная съемка местоположения в плане верхних бровок уступов и границ осыпи на бермах;

в) периодическая инструментальная профильная съемка уступов.

4.2.13. Наблюдательные станции на откосах уступов закладываются на откосах нерабочих уступов или уступов, находящихся не менее 1 года в нерабочем состоянии. Наблюдательная станция должна состоять из одного-двух рядов реперов, закладываемых горизонтально по откосу выше уровня осыпи на расстоянии 1 м один от другого в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Наблюдения за осыпанием породы заключаются в измерениях расстояний (через каждые 10 см длины между двумя соседними реперами) от поверхности откоса до рейки (или натянутой ленты рулетки), соединяющей головки реперов (рис. 16), и измерении угла откоса на участках между соседними реперами и расстояний от каждого репера до осыпи.

Рис. 16. Замер превышений реперов над поверхностью откоса (вид сверху)

Для наблюдения за осыпанием верхней бровки уступа реперы вбиваются на верхней площадке на расстоянии 2 - 3 м от бровки, а для замера образующейся осыпи реперы забиваются в подошву уступа.

Репер представляет собой металлический штырь диаметром 15 - 20 мм и длиной 300 - 700 мм; длина репера определяется крепостью пород и его местоположением.

Замеры производятся не менее двух раз в год (весной и осенью).

4.2.14. При закладке наблюдательной станции фиксируется следующее:

а) литологическое наименование пород, их состав, залегание, трещиноватость (размер и форма структурных блоков, элементы залегания основных систем трещин), прочность, нарушенность пород взрывами (способ заоткоски уступов);

б) положение уступа по высоте (его высотная отметка), экспозиция борта;

в) средние высота и угол откоса уступа, профиль уступа, продолжительность времени пребывания уступа в нерабочем состоянии до момента наблюдения за ним.

При повторных замерах дается характеристика осыпавшегося материала (форма и размер кусков в осыпи).

4.2.15. Периодическая (ежегодная) съемка верхних бровок уступов и границ осыпи на бермах позволяет выявить изменение интенсивности осыпания бровки уступа.

4.2.16. Для обеспечения устойчивости уступов в течение длительного времени (на время работ в карьере), а также безопасности работ на нижних горизонтах карьера для уступов, достигших предельного положения по проектному контуру, углы откосов и ширину берм следует рассчитывать с учетом интенсивности осыпания откосов и срока их службы (в отдельных случаях для предохранения откосов от влияния выветривания целесообразно предусматривать укрепительные мероприятия).

4.2.17. Зависимость критической прочности и интенсивности осыпания от угла откоса определяется формулами:

, (21)

, (22)

где - угол откоса уступа;

- угол естественного откоса осыпи;

, - критическая прочность и интенсивность осыпания вертикального откоса;

, - критическая прочность и интенсивность осыпания откоса при угле .