книги из ГПНТБ / Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах

плитами или деревянными брусьями, прикрепленными к поясам, соединяющим шпунты друг с другом. В качестве материала для поясов применяют бывшие в употреблении шахтные рельсы, дву­ тавровое, тавровое, швеллерное и уголковое железо. Анкеровка шпунтов производится бывшими в употреблении экскаваторными подъемными канатами, забетонированными в скважины на глу­ бину, обеспечивающую надежное закрепление в массиве.

Расчет искусственных улавливающих берм, сводится к опреде­ лению необходимой площади поперечного сечения шпунта при заданном расстоянии между ними, нахождению минимальной не­ сущей способности тросового анкера, вычислению глубины задел­ ки шпунта и проверки несущей способности на изгиб поясов, соединяющих соседние шпунты. Условием устойчивости в послед­ нем случае является равенство изгибающего момента, действую­ щего на шпунт, моменту, который создает тросовый анкер.

Расчет производится по поперечным вертикальным разрезам, причем учитывается масса осыпавшейся породы, заключенной ме­ жду двумя соседними шпунтами. Расстояние между шпунтами

3—3,5 м.

Искомыми величинами при расчете являются необходимая не­ сущая способность тросовых тяжей и площадь поперечного сече­ ния шпунта.

При строительстве искусственных берм шпунты в скважинах располагают так, чтобы наибольший момент сопротивления из­ гибу рельса или двутавра совпадал с направлением изгибающего усилия. Одной из важнейших величин является также глубина заделки шпунта, которая определяется по двум условиям: 1) наи­ большие напряжения от действующих на шпунт нагрузок в месте

Строительство улавливающих или укрепленных берм необходи­ мо начинать до подхода рабочего уступа к предельному контуру борта карьера, не менее чем на 30—40 м.

Сначала бурят скважины диаметром 200—250 мм под шпун­ ты и диаметром 50—60 мм — для бетонирования в них тросовых тяжей. Затем устанавливают и бетонируют в скважинах шпунты

итяжи, приваривают к шпунтам пояса и производят затяжку про­ странства между шпунтами, деревянными брусьями и железобе­ тонными плитами. После спуска шпунтов в скважину, но до их цементации, производится предварительное обуривание и взрыва­ ние наклонных или вертикальных скважин (уменьшенной глубины

ималого диаметра) для создания отрезной щели; этим предотвра­ щается нарушение устойчивости искусственных и укрепленных берм при взрыве последней экскаваторной заходки вблизи пре­ дельного контура борта. Расстояние между шпунтами опреде­ ляется расчетным способом и в общем случае колеблется от 2,5

до 4 м.

Укрепление берм на подрезанных контактах производится бе­

151

тонированием двутавров или рельсов тяжелого профиля в скважи­ нах диаметром 200—250 мм, пробуренных на расстоянии 6—8 м от нижней бровки вышележащего уступа. Когда борт сложен силь­ нотрещиноватыми породами, после спуска шпунтов в скважины целесообразно производить цементацию пород берм для предот­ вращения выпадания отдельных блоков.

На карьере «Каула» институтом ВНИМИ было рекомендовано, а институтом «Гипроникель» спроектировано искусственное укреп­ ление борта в лежачем боку для сохранения здания дробильной установки.

§ 9. т е х н и к а б е з о п а с н о с т и п р и у к р е п л е н и и о т к о с о в

Работы по укреплению откосов должны производиться по ут­ вержденным в установленном порядке проектам. При производ­ стве укрепительных работ необходимо, во-первых, руководство­ ваться «Едиными правилами безопасности при разработке место­ рождений полезных ископаемых открытым способом» [22], и, вовторых, правилами безопасности для соответствующих видов ра­ бот— строительных, монтажных, взрывных и пр.

Условием безопасности, которое соблюдается во всех случаях производства укрепительных работ, является достаточный запас устойчивости уступов. Наблюдения за деформациями бортов и уступов должны вестись в соответствии с «Инструкцией по наблю­ дениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов» [27], утвержденной Госгортехнадзором СССР, а расчеты устойчивости

к опасным. Работы на них должны производиться с соблюдением специальных мер предосторожности, обеспечивающих безопасность людей и механизмов даже в случае обрушения неустойчивого уступа. К ним относятся: дистанционное управление механизмами, использование предохранительных поясов с канатами, закреплен­

Укрепление неустойчивых массивов в бортах карьеров жела­ тельно производить одновременно с ведением горных работ на данном горизонте. Такая технология производства работ обеспе­ чивает полную безопасность, так как борт укрепляется в то время, когда горные работы еще не приблизились к предельному контуру карьера на данном горизонте или же углубились на высоту одного уступа. Поэтому укрепительные работы должны включаться в об­ щий технологический комплекс. Это обеспечит как безопасность работ, так и максимальный экономический эффект от укрепления.

В отдельных случаях неизбежно возникает необходимость в укреплении участков бортов действующих карьеров. В связи с этим рассмотрим основные требования к безопасным условиям ведения

152

ваются в скважины, пробуренные в уступе со стороны его откоса. Углы откосов уступов при этом достигают 70—75°. Поэтому ра­ боты ведутся с помощью специальных устройств:

а) подвесных люлек, спускаемых на поверхность откоса с верх­ ней площадки уступа, работающих по схеме «люлька под базой»; б) строительных машин с гидроподъемниками, работающих по

схеме «люлька над базой»; в) временных строительных лесов.

Непосредственно перед началом работ на уступе производится оборка козырьков и заколов, промывка поверхности откоса струей воды под давлением (ранее отмечалось, что уступы заоткашиваются наклонными скважинами).

В соответствии с «Едиными правилами безопасности при раз­ работке месторождений полезных ископаемых открытым способом» при работе на уступах с углами откосов более 35° необходимо пользоваться предохранительными поясами и канатами, закреп­ ленными за надежную опору. Испытания предохранительных поя­ сов и канатов должны производиться в соответствии с § 46 ЕПБ.

предотвращающие падение кусков породы с вышележащих усту­ пов. Производится оборка «козырьков», глыб и заколов в соответ­ ствии с требованиями § 28 и 43 ЕПБ. Рассстояние по горизонтали

нии от верхней бровки уступа. В необходимых случаях управление станком осуществляется дистанционно. Пробуренные скважины, во избежание их засорения, перекрываются пробками. При произ­

или железнодорожным кранами с удлиненной стрелой. Установка арматуры в скважинах и бетонные работы должны вестись в со­ ответствии со СНиП III-A и П-62 «Техника безопасности в строи­

тельстве».

В отдельных случаях при укреплении уступов сваями и шпона­

153

Глава V

ОПЫТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ

§ 1. У К Р Е П Л Е Н И Е О Т К О С О В С В А Я М И С Ц Е М Е Н Т А Ц И Е Й П О Р О Д

Способ укрепления откосов железобетонными сваями с цемен­ тацией пород получил за последние годы наибольшее развитие на

боты по искусственному укреплению ослабленных участков юж­ ного борта, сложенного сиенито-диоритами и их разновидностями. Уступы борта были ослаблены крупными тектоническими трещина­ ми, падающими в сторону выемки, а также пересекающимися тре­ щинами, ориентированными под острым углом к простиранию откосов. Кроме основных трещин наблюдалась и более частая трещиноватость; размеры блоков изменялись в пределах от 0,20X

Х 0 , 2 0 X 0 , 15 до 0,8 X 0 , 8 X 0 , 6 м.

Поверхности трещин в ожелезненных сиенито-диоритах покры­ ты гидроокислами железа, а на нарушенных, выветрелых участ­ ках, подвергшихся оталькованию, трещины заполнены глинкой трения. Однако при предварительном нагнетании воды первые довольно хорошо промываются, а вторые по протяжению участков встречаются сравнительно редко.

Укрепительная цементация участка откоса протяженностью 36 м и высотой 20 м (гор. 600— 200 м) производилась нагнетанием в породы цементного раствора под давлением до 15 кгс/см2 через скважины глубиной 20 м. Первоначально интервал между сква­ жинами был принят равным 6 м с последующей корректировкой этой величины в процессе пробных нагнетаний. Выбор интервала был сделан вполне удовлетворительно, так как зона влияния одной скважины частично перекрывалась зонами влияния двух соседних и в результате цементации был создан непрерывный участок уп­

рочненных пород.

Для нагнетания раствора в массив был выбран зажимной спо­ соб подачи раствора в скважины. Давление при пробном нагнета­ нии воды составило 2—3 кгс/см2. На большей части участка пре­ обладала частая трещиноватость.

155

Бурение скважин производилось станком БМК-4 с диаметром долота 106 мм, смонтированным на специальной платформе.

скался инъектор с тампоном. Для приготовления цементного рас­ твора применяли две растворомешалки С-220А. Обе были уста­ новлены на специально изготовленном из шпал помосте и ориен­ тированы разгрузочными люками друг к другу, чтобы готовый раствор разгружать в один приемный бункер, встроенный в по­ мост.

Для подачи раствора был использован растворонасос диафрагмового типа С-317, который практически способен перекачивать как жидкие, так и густые растворы составов от 1:0:0,4 до 1: 1: 1 (цемент : песок : вода — по массе).

Раствор от насоса к скважине доставлялся с помощью гибкого резинового шланга диаметром 2", рассчитанного на рабочее дав­ ление до 15 кгс/см2. Первоначально были пробурены две скважи­ ны на расстоянии 6 м одна от другой. Затем в одну из них был спущен инъектор и начато пробное нагнетание воды для определе­ ния водопоглощения массива, промывки трещин, частичного уда­ ления заполняющего их материала и определения радиуса влияния одной скважины.

Глубина спуска инъектора была принята равной 10 м. Это объ­ ясняется тем, что уложить на берму тампонажную бетонную по­

Общий объем трещин, составляющий примерно 2—4% от объема массива, равнялся приблизительно 120 м3. Объем образовавше­ гося в трещинах цементного камня составлял около 30 м3. Таким образом, 25% общего объема трещин было заполнено цементным камнем, благодаря чему прочность и устойчивость массива повы­ сились вследствие увеличения сцепления между блоками.

В табл. V.1 приведены основные данные по цементированию участка.

При выполнении работ по укреплению откосов было принято вертикальное расположение скважин. Этот выбор определен ти­ пом нагнетательного оборудования (инъектор с разжимным там­ поном), при использовании которого необходимо свободно подни-

156

157

нами. Так как данный участок располагался на 30 м выше преды­ дущего, прочность пород на нем должна была быть ниже. Кроме того, в результате более длительного стояния откосов горные по­ роды в большей степени подвергались процессам выветривания. Было установлено, что зоны влияния соседних скважин частично перекрываются.

В ходе работ в комплекс оборудования для приготовления рас­ твора и подачи его в скважины были внесены некоторые усовер­ шенствования. Так, вместо громоздкого и неудобного в работе инъектора были применены трубки-кондукторы с фланцем, к ко­ торым непосредственно крепилась цементационная головка. Це­ ментационная установка, состоящая из двух растворомешалок С-220А, разгружающихся в один приемный бункер, была укреп­ лена на полозьях из швеллеров для обеспечения ее мобильности и сокращения длины труб-раствороводов. Передвижение произво­ дилось с помощью бульдозера на базе трактора С-100. Гибкий резиновый шланг заменили стальными трубами диаметром 2 " и длиной 2700 мм, соединенными между собой посредством флан­ цев. Такой трубопровод удобен при большой длине участка, так как став труб может удлиняться или укорачиваться. Кроме того, при оседании цементного раствора в трубах, последние легче, чем резиновые шланги, освобождаются от цементного камня.

В условиях Кургашинканского рудника при производстве це­ ментационных работ для затворения цементного раствора исполь­ зовались грунтовые воды, которые собирались в зумпфе на дне карьера и подавались к месту производства работ с помощью цен­ тробежного насоса производительностью 80 м3/ч.

Химический анализ подземных вод Кургашинканского место­ рождения подтвердил пригодность их для приготовления цемент­ ного раствора, общая минерализация составила 1963 мл/л; водо­

родный показатель pH = 6 ,8 ; содержание ионов SO4 — 750 мг/л. Агрессивность воды оказалась в пределах нормы. Для приготов­

1—2 л/мин -м2. Поэтому в зависимости от величины удельного водопоглощепия начальная консистенция цементного раствора для пород горизонта 620—650 м была принята 2: 1 (вода : цемент — по массе). Для опрессовки цементного материала в трещинах и за­ полнения пустот к концу нагнетания в скважины подавалась вода или раствор слабой консистенции. Кроме того, это необходимо для промывания става труб от остатков цемента.

Цементация пород проводилась на участке длиной 125 м (го­ ризонт 620—650 м) юго-восточного борта карьера. Станками БМК-4 с бермы горизонта 650 м было пробурено 25 вертикальных и наклонных скважин. В устье скважин бетонировались трубкикондукторы длиной 2,7 м, так чтобы верхний фланец возвышался

158

над поверхностью берм на 30—40 см. Перед началом цементации' скважины промывались водой. В каждую скважину закачивалось 20—30 м3 воды, после чего переходили к нагнетанию цементного-1 раствора. Давление при нагнетании колебалось в пределах 1— 6 кгс/см2.

Из 25 цементационных скважин 19 были пробурены верти­ кально четыре (вторая, четвертая, шестая, третья)— наклонно под

Рис. V.2. Поперечный разрез участка борта Кургашинкамского карьера, укрепленного железобетонными сваями и цементацией:

(1,02—6,8). Всего было пробурено 695 м скважин. Объем укреп­

159-

Для предотвращения развития дальнейших обрушений опасная зона была закреплена железобетонными сваями набивного типа с частичной цементацией пород. Работы проводились на двух уча­

Всего было установлено 35 свай: 21 свая на горизонте 620— 650 м в два ряда в шахматном порядке на расстоянии 5 м друг от друга и с промежутком между рядами 3—4 м и 14 свай в один ряд на горизонте 650—670 м. Расход рельсов составил 840 м (36 т), портландцемента марки 400 — около 50 т. Общий объем укреплен­

работы по искусственному укреплению участков борта восточной капитальной выездной траншеи, подверженных оползанию; сум­ марная длина укрепленных участков составила 230 м (рис. V.3). Наблюдениями и исследованиями было установлено, что основной причиной деформации уступов является пониженная прочность по контактам слоев или тектоническим трещинам, заполненным гли­ нистым материалом, а также влияние поверхностных вод и буро­ взрывных работ в карьере.

Для разработки проекта укрепления опытных участков были проведены предварительные расчеты по определению величины дополнительного удерживающего усилия, исходя из рекомендаций института ВНИМИ относительно фактического коэффициента за­ паса устойчивости, который для нерабочих уступов со сроком службы более 5 лет должен находиться в пределах 1,5—2.

Путем сравнения полученного в расчетах значения фактиче­ ского коэффициента запаса и принятой для рассматриваемых ус­ ловий величины расчетного коэффициента запаса устойчивости определялась величина дополнительного удерживающего усилия, которую необходимо приложить для обеспечения устойчивости участков при коэффициенте запаса пр = 2. По полученным значе­ ниям Пф строились графики изменения фактического коэффициента запаса, по которому определялась зона, подлежащая укреплению,

160