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

Укрепление в первом случае стоило не менее 1500 руб. Во вто­ ром — расходы составили 569 руб., а стоимость вскрышных работ по проекту составила бы 1840 руб.

Па разрезе шахты «Коксовая-1» был закреплен участок борта длиной свыше 150 м, высотой местами более 20 м (общая площадь

вскрышных работ [26] для укрепления бортов карьера применя­ лись железобетонные штанги с металлической сеткой. Породы в закрепляемой зоне отличались интенсивной перемятостью и тре­ щиноватостью. По мере удаления от границы карьера трещинова­ тость вмещающих пород уменьшилась. Для установки штанг бури­ лись скважины глубиной 1,8—3 м, которые заполнялись цементно­ песчаным раствором состава 1:3 (цемент марки 300), затем в скважину вводилась арматура из круглой стали диаметром 19 мм с насечкой; на одном конце штанг нарезалась резьба. Длина стержня арматуры на 75—100 мм превышала глубину скважины; раствор нагнетался шприц-аппаратом; бурение скважин произво­ дилось перфоратором ПР-ЗОК, установленным на металлической форме. Сетка расположения штанг составила 1,5x1,5 м. Всего на трещиноватых участках было установлено около 200 железобетон­ ных штанг. После того как раствор в замке штанг достигал до­ статочной прочности, навешивали сетку (размер ячеек 5 x 5 см, толщина проволоки 3,5 мм), которую закрепляли на штангах опорными плитками размером 200x200 мм.

В результате применения железобетонных штанг и сетки угол откоса удалось увеличить с 60 до 80°, что позволило значительно сократить объем выемки пород.

Н а к а р ь е р е «К а у л а» было рекомендовано искусственное укрепление борта в лежачем боку карьера для обеспечения со­ хранности здания дробильной установки, южная стена которого располагалась на подрезанных слоях филлитов. Контакты слоев имели очень гладкую поверхность. Расстояние между слабыми контактами по напластованию составляло от 10 до 150 см, а сред­ ние размеры элементарного структурного блока в филли­ тах— 0,4 м.

Заоткоску уступов со стороны лежачего бока под углом, боль­ шим угла падения слоев, для создания предохранительных берм под зданием дробилки нельзя было допустить, так как при этом подрезались контакты слоев пород. В то же время нельзя было

171

создавать бермы путем выполаживания борта, так как здание дро­ бильной установки располагалось непосредственно на борту карь­ ера (рис. V.7). Ввиду невозможности устройства предохранитель­ ных берм было рекомендовано укрепление борта под зданием дробилки при помощи штанг и рельсов, забетонированных в спе­

тельно закрепив выветривающиеся слои филлитов штанговой крепью.

В соответствии с проектом участок борта под зданием дробил­ ки площадью 30x35 м был укреплен штангами клино-щелевого типа длиной 2,5 м. Сетка расположения штанг 1,5Х 1,5 м. Под гай­ ки штанг подкладывались обрезки деревянных брусьев, а затем металлические опорные плиты размером 100X100 мм. Постоянные наблюдения за устойчивостью участка показали эффективность выполненных работ.

Для обеспечения безопасности работ под сплошным откосом высотой около 100 м на рабочем борту (гор. 249 м) была соору­ жена искусственная улавливающая берма. Ее строительство осу­ ществлялось в следующей последовательности: в скважины диа­ метром 200—230 мм и глубиной 3 м опускались и бетонировались двутавры № 20 длиной 6 м. К полученным таким образом шпун­ там из двутавров приваривались три пояса из рельсов Р-18 на рас­ стоянии 0,7 м друг от друга по высоте. Затем производилась сплошная затяжка шпунтовой стенки бревнами.

Н а З ы р я н о в с к о м к а р ь е р е при постановке уступов в пре­ дельное положение горными работами нередко вскрываются тек­ тонические трещины большой протяженности, падающие в вырабо­ танное пространство, и секущие уступы или группы уступов ('в пла­ не) параллельно простиранию борта или под острым утлом к нему. С течением времени под влиянием интенсивного выветривания и

172

взрывных работ в карьере блоки пород, оконтуренные такими трещинами, обрушаются, что может привести к нарушению режима горных работ и значительным затратам средств на восстановление транспортных берм и берм механизированной очистки.

Наличие в массиве борта ослабленных участков, а также зон сильнотрещиноватых или выветривающихся пород приводит к уменьшению общего угла наклона нерабочих бортов и к увеличе­ нию объемов вскрыши.

Для выявления технико-экономической эффективности укрепи­ тельных мероприятий, проверки расчетных методов и отработки технологии выполнения работ было произведено опытно-промыш­ ленное укрепление неустойчивого участка борта карьера протя­ женностью 100 м.

Участок сложен сильнотрещиноватыми неизвестковистыми алевролитами, прорванными дайками не менее трещиноватых афанитовых порфиритов.

Интенсивной трещиноватостью породы разбиты на блоки раз­ мерами 0,5X0,7X0,7 м в восточной части участка и 1X2x2 м в западной его части.

Наибольшую, с точки зрения устойчивости, опасность пред­ ставляют тектонические трещины юго-западного, широтного и юговосточного простирания с углами падения 40—60° в сторону вы­ работанного пространства. Развитие системы трещин меридиональ­ ного простирания с углами падения 45—50°, сопряженных с не­ благоприятно ориентированными трещинами других систем, обус­ лавливает лестничное строение поверхностей, по которым проис­ ходит обрушение подсеченных участков.

На всем протяжении бермы гор.412 м в пределах выбранного экспериментального участка наблюдались заколы и трещины с раскрытием от 1 до 10 см. Укрепление 100-метрового участка усту­ па было произведено железобетонными сваями набивного типа. Наряду с этим для предотвращения разрушения поверхностного слоя откоса под влиянием процессов выветривания и для разра­ ботки технологии укрепления откосов изолирующими покрытиями было осуществлено торкретирование части поверхности откоса по металлической сетке в сочетании со штанговой крепью.

Экспериментальные работы выполнялись в соответствии с про­ ектом, составленным ВНИМИ.

Исходными материалами для составления проекта укрепи­ тельных работ послужили физико-механические характеристики массива, полученные на основании лабораторных испытаний (угол трения по контакту р'р =29°, сцепление по контакту £ 'р = 4,5 тс/м2,

плотность пород у = 2,7 т/м3), а также данные структурной и инст­ рументальной съемок экспериментального участка. Расчеты пока­ зали, что в пределах участка фактический коэффициент устойчи­ вости откоса Яф = 1,1. Величина расчетного коэффициента запаса устойчивости яр принята равной 1,5.

173

ного бурения БСШ-250 с диаметром шарошки 214 мм. Расстояние от устья скважины до верхней бровки уступа определялось воз­ можностью установки гидравлических упоров станка и составило

0,44 кг, портландцемента марки 500—0,18 кг. Затраты на укрепле­ ние сваями 1 м3 пород составили 0,1 руб. (табл. V.3). Достигну­ тый экономический эффект при себестоимости вскрыши 1,3 руб. составил около 40 тыс. руб.

За укрепленным участком был установлен систематический маркшейдерский контроль по специально заложенным реперам,

174

Т а б л и ц а V .3

50 м с углом падения 45° и длиной по простиранию борта 21 м. Для восстановления бермы механизированной очистки на го­ ризонте 650 м необходимо было пройти полутраншею, в результа­

те чего вышележащие породы теряли устойчивость.

До начала нарезки бермы часть откоса площадью 525 м2 было решено укрепить железобетонными предварительно-напряженными штангами с затяжкой откоса готовыми железобетонными плитами размером 2 X 2 и 3 X 3 м и толщиной 100— 150 мм. Длина штанг из арматурной стали диаметром 25 мм составляла 4 м. Скважины под штанги бурили перфоратором ПМ-508 с люльки, специально изготовленной в мастерских рудника. Сетка крепления, в соответ­

подсчетам, стоимость укрепления 1 м3 пород штангами не превы­

Республики для безопасного ведения работ на нижележащем го­ ризонте было произведено укрепление борта в зоне шахтного ство­ ла и в траншее, расположенной на северном борту карьера, в ос-

175

новации которого залегали сланцы с дайками диабазов [87]. Про­ стирание сланцев — согласно борту, а падение — в сторону выра­ ботанного пространства под углом 27—32°. Покрывающая толща была сложена туффитами, легко подвергающимися выветриванию. При этом обнажались трещиноватые диабазы, сдвижение которых по борту в направлении ствола представляло опасность как рабо­ там в стволе, так и производственным помещениям, расположен­ ным на поверхности борта. Для повышения устойчивости борта была произведена его заоткоска согласно падению слоев пород; при этом верхняя бровка подошла вплотную к производственным помещениям. Однако опасность выветривания и обрушения туф-

•фитов не была предотвращена, поэтому поверхность откоса бортов была укреплена штангами длиной 1 м и покрыта набрызгбетоном по металлической сетке с ячейками 4X4 см, навешанной на высту­ пающие концы штанг. Сетка расположения штанг выбиралась в зависимости от нарушенности пород.

Проведенные мероприятия позволили обезопасить работы в

нажен гладкий крутой откос, подсеченный крупной раскрытой тре­ щиной, и большой скальный массив мог обрушиться по этой тре­ щине. Перед руководством строительства была поставлена задача построить плотину с выемкой минимального объема пород, в то же время обеспечив максимальную безопасность при строительстве

иэксплуатации сооружения.

Всвязи с этим было решено произвести укрепление откоса над плотиной, для чего каверны откоса заделывались «пломбами», ко­ торые прижимались к «здоровому» массиву с помощью длинных железобетонных штанг.

Работы производились со специальной люльки, спуск и подъем которой осуществлялся кабель-краном. По завершении возведе­ ния тела плотины, когда ее верхняя отметка оказалась на уровне ослабленной зоны, была произведена цементация массива в месте контакта с плотиной.

В США на п л о т и н е Г у в е р для укрепления огромной глы­ бы объемом 4600 м3, нависшей позади здания шлюзовой камеры, были применены предварительно-напряженные штанги с заделкой замков цементным раствором. Вертикально расположенная глыба длиной 62 м и высотой 37 м, общей средней мощностью около 4 м была отделена от прочного скального массива серией трещин, заполненных глиной. Это создавало опасность обрушения глыбы и разрушения здания шлюзовой камеры, а вместе с ним и несколь­ ких турбогенераторов. По различным причинам оказалось необхо­ димым укрепить ее на месте; для этого были применены железо­

176

чтобы пройти опасную зону и обеспечить закрепление штанг на глубине не менее 3,65 м в прочных породах каньона. Применялись различные способы, чтобы проверить пересечение скважинами зоны большой трещиноватости. Стержни штанг диаметром 50,8 мм были изготовлены на месте в соответствии с требуемыми разме­ рами длины замка, закрепляемого на необходимой глубине. Зам­ ковая часть штанг была снабжена ребрами, изготовленными из от­ резков труб, которые навинчивали на штанги. Стержни обертывали бумагой, чтобы избежать сцепления стали с нагнетаемым в сква­ жину раствором до натяжения штанг. Раствор приготовляли с во­

Предварительное натяжение осуществляли при помощи гидравли-' ческого домкрата с натяжной гайкой. После этого нагнетали в породу раствор для заполнения трещин и окончательного закре­ пления штанг. Нагнетание вели при давлении 0,35—1,75 кгс/см2. Работы дали удовлетворительные результаты.

В США во время строительства крупного бетонного соору­ жения были зарегистрированы подвижки породы в большом утесе против сооружения. Укрепление этого скалистого массива "было осуществлено при помощи железобетонных штанг, но без предва­ рительного напряжения. Кроме того, дополнительно были пробу­ рены дренирующие скважины, чтобы избежать возможности созда­ ния гидростатического давления позади укрепленного штанговой

ла 18 м.

Нагнетание вели при давлении 0,7—1,4 кгс/см2. Раствор приме­ няли с водоцементным отношением 0,7: 1 (по массе) с добавле­ нием алюминиевого порошка в количестве 0,004% от массы цемен­ та, чтобы уменьшить усадку цемента. При цементации на каждые 1,23 м скважины расходовалось 50 кг цемента. После установки штанговой крепи для окончательного укрепления скального мас­ сива через скважины глубиной около 12 м произвели дополнитель­ но его цементацию. Нагнетание раствора вели при давлении око­ ло 1,8 кгс/см2.

В А в с т р и и и Ф Р Г штанговая крепь применяется для укре­ пления скальных откосов над автострадами. При этом хвостовики штанг обычно связываются железобетонными балками.

§ 3. УКРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ ТРОСОВЫМИ ТЯЖАМИ

Первые экспериментальные работы по укреплению откосов тросами были проведены на Кургашинканском карьере. Три уча­ стка откосов протяженностью 15—20 м каждый, подсеченные кру­ топадающими поверхностями ослабления, были укреплены бывши­ ми в употреблении экскаваторными канатами диаметром 39 мм с расчетным сопротивлением разрыву 90 тс.

Канаты бетонировались в скважинах диаметром 105 мм и глу­ биной до 16 м, пробуренных так, чтобы пересечь потенциальнуюповерхность скольжения и заглубиться в ненарушенный массив на 4—5 м. В каждую скважину вводилось по два троса с суммар­ ной несущей способностью 90 тс (при расчетах принимали износ

канатов 50%) • Гибкими тросовыми тяжами было укреплено три участка об­

щей длиной около 60 м, что способствовало предотвращению ло­ кальных обрушений блоков породы и позволило сохранить целост­ ность берм механизированной очистки на указанных горизонтах. По укрупненным расчетам, себестоимость укрепления 1 м3 пород гибкими тросовыми тяжами в условиях Кургашинканского карьера составила 0,3—0,4 руб.

Н а к а р ь е р е ШорСу было поризведено укрепление ослаб­ ленных участков бортов гибкими стальными канатами.

Производственные испытания по укреплению ослабленных

'участков бортов карьера Шор-Су были проведены на опытных участках южного и северного бортов. На указанных участках на­ блюдались частые обрушения пород уступов, что привело к обра­ зованию сплошных откосов значительной высоты.

Экспериментальный участок южного борта высотой и длиной 15 м, сложенный из известняков и прослойков гипса, представляет собой блок, подсеченный системой трещин, падающих в сторону выемки под углами 30 и 65°. На расстоянии 1,5 м от верхней бров­ ки откоса прослеживался закол, образовавшийся в результате

воздействия буровзрывных работ, горизонтальное направление которого совпадало с фронтом добычных работ, а вертикальное — с напластованием пород. Раскрытие закола на выходе составляло приблизительно 30—50 мм. Обрушение пород откосов в пределах участка происходило в основном за счет образования поверхностей ослабления и по контактам слоев, по которым прочностные харак­ теристики пород имели низкие значения. Это говорит о том, что выбранный участок находится в предельном равновесии и эффек­ тивность искусственного укрепления его может быть проверена в течение непродолжительного времени.

Экспериментальный участок Северного борта имел длину 30 м, высоту 11 м. Сложен он из белых и малиновых песчанистых глин сумсарского яруса. Поверхность откосов уступа в некоторой сте­ пени была выветрена, о чем свидетельствовали накопившиеся на берме осыпи. Опытный участок представлял собой блок, подсечен-

178

ятельство позволяет предполагать, что при длительном стоянии участков борта рекомендуемый способ укрепления пород может оказаться малоэффективным.

Скважины относительно поверхности ослабления следует распо­ лагать под острым углом, что обеспечивает натяжение канатов при малейших деформациях пород по поверхности ослабления. Если же скважины (а следовательно, и тросы) располагать перпендикуляр­ но поверхности ослабления, то в первый период деформации отко­ са трос работает лишь частично и только в том случае, если при установке он подвергался натяжению.

Рис. V.9. Разрезы укрепленных откосов север­ ного и южного бортов карьера Шор-Су:

1 — ручная лебедка; 2 — механизм бурения; 3 — буро­ вая каретка; 4 — одиночные анкеры; 5 — анкерная «скоба»

Как видно из рис. V.9, это условие было нарушено, поэтому ожидать положительного эффекта от укрепления в данном случае нет оснований. К тому же отсутствие изолирующего покрытия по­ верхности откоса с течением времени приведет к выполаживанию откосов и обнажению тросовых тяжей, которые не могут препятст­ вовать осыпанию пород.

Определенный интерес представляет опыт укрепления откосов при строительстве или восстановлении плотин путем анкеровки с помощью гибких тросовых тяжей. Анкеровка контрфорсов при по­ мощи металлических тяжей производилась при строительстве плотины Кастильон на реке Вердон (Нижние Альпы) [25]. Извест­ няки 2 с трещинами отдельностей зажаты и удерживаются бетон­ ным контрфорсом, закрепленным на «здоровой» скале при помо­ щи металлических тяжей 3, предварительно-напряженных усилием 1000 тс (рис. V.10). Тяжи (тросы) пропущены в скважины 4 диа­ метром 300 мм, а концы их заделаны путем нагнетания цемент­ ного раствора в нижнюю часть скважины 5, где трос распущен. На другом конце тяжа имеется бетонный оголовок 6, позволяющий произвести натяжение при помощи домкратов.

180