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

Пользуясь формулой (1.3), можно перейти от скорости осыпа­ ния при угле а.\ к скорости осыпания при угле аг.

Выветривание пород в откосах уступов зависит от литологи­ ческого состава пород, интенсивности и характера трещиновато­ сти, климатических условий района и пространственного располо­ жения откоса относительно стран света.

Наиболее интенсивно выветриваются песчано-глинистые и гли­ нистые породы — глины, аргиллиты, алевролиты, мергельные гли­ ны, мергели. Среди изверженных и метаморфических пород наибо­ лее интенсивно выветриваются полевошпатовые и хрупкие кварц­ содержащие породы — диабазы, вторичные кварциты и др.

На рис. 1.3 приведены примеры осыпавшихся откосов. Процессы выветривания пород в откосах уступов, вызывающие

образование осыпей, могут быть предотвращены защитными по­ крытиями.

О п о л з н и э л ю в и а л ь н ы х и д е л ю в и а л ь н ы х о т л о ­ ж е н и й на склонах, примыкающих к карьеру, целесообразно укреплять на месте их возникновения, если их полное удаление требует больших затрат, чем укрепление.

На пологих (до 15е) естественных склонах, примыкающих к карьерному полю, контакты элювиальных и делювиальных отло­ жений с коренными породами часто оказываются представленными

Рис. 1.3. Примеры осыпавшихся откосов:

10

поверхностями скольжения, являющимися следствием медленных вековых смещений выветрелых пород по склону коренных пород. По таким поверхностям скольжения величина сцепления не пре­ вышает 2 тс/м2, а угол внутреннего трения 10°. Малейшая под­ резка такого склона горными выработками вызывает активизацию его деформаций. Объем предрасположенных к оползанию горных пород может быть значительным (на Зыряновском карьере он со­ ставил около 400 тыс. м3, а на Ангренском — несколько миллио­ нов кубометров). Укрепление таких массивов специальными контр­ форсами оказывается технически возможным и экономически целесообразным.

укреплением в тех случаях, когда дренаж таких откосов техниче­ ски трудно осуществим.

Дренажные сооружения в откосах песчано-глинистых пород с коэффициентом фильтрации менее 3 м/сут имеют небольшой ра диус влияния и поэтому оказываются малоэффективными. Филь­ трационные деформации (рис. 1.4) подробно описаны в работах [39, 74]. Пригрузка фильтрующих откосов местным дренажным материалом — песком и щебнем скальных пород является про­ стым и эффективным средством предотвращения деформаций та­ ких откосов.

Н а б у х а н и е г л и н и с т ы х п о р о д приводит с течением времени к уменьшению их сопротивления сдвигу. Условием набу­ хания является контактирование глинистых пород с водопроводящими слоями — трещиноватыми породами или песками. Степень набухания зависит от минералогического состава глин, состава обменных катионов, величины обжимающего давления в данной точке, а также от наличия достаточного подтока гравитационной воды. О величине напряжений, при которых начинается интенсив­ ное набухание в различных точках откосов, можно судить по об­ ратной ветви компрессионной кривой. Суглинки и песчаные глины интенсивно набухают при напряжениях 0,5—1 кгс/см2, а пластич­ ные гидрослюдистые глины — при напряжениях 3—4 кгс/см2.

12

§ 2 ВЛИЯНИЕ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Горнотехнические факторы влияют на общую устойчивость бортов, на устойчивость уступов или локальных участков бортов. Влияние горнотехнических факторов на общую устойчивость бор­ тов подробно рассмотрено в работе [74].

ние прочности пород за проектным контуром уступов. При мгно­ венном взрывании большого числа колонковых зарядов в верти­ кальных скважинах большого диаметра зона частичного дробле­ ния крепких горных пород распространяется на 8—10 м за зону полного дробления, породы из которой удаляются экскаватором. После выемки экскаватором разрыхленной взорванной массы в уступах остаются породы, прочность которых значительно меньше естественной прочности массива. При таком способе взрывания откосы не имеют постоянного угла наклона, а бермы не имеют постоянной ширины. Постепенно они покрываются осыпью выше­ лежащих уступов и частично обрушаются.

На характер нарушения пород за предельным контуром усту­ пов и на размер зоны частичного дробления влияют масса одно­ временно взрываемого взрывчатого вещества и естественная структура пород.

Наиболее сильно разрушаются породы по сланцеватости и по контактам между слоями при их падении в сторону свободной по­ верхности откоса (рис. 1.5). В этом случае разрушение носит ха­ рактер сдвига по поверхности ослабления с раскрытием по естест­ венным нормальносекущим и диагональным трещинам. В дальней­ шем, после оформления уступа в предельном положении, по нару­ шенным поверхностям ослабления (сланцеватости и слоистости) происходит постоянное сползание частично раздробленных пород. Наличие большого числа раскрытых трещин способствует попада­ нию в нарушенный массив атмосферных осадков, их периодиче­ скому замерзанию и оттаиванию. Все это активизирует процесс оползания частично нарушенных пород и делает его возможным при углах падения менее углов внутреннего трения по поверхно­ стям ослабления. В таблице 1.1 приведены значения сцепления и углов внутреннего трения некоторых пород в сухом и влажном состояниях.

Подобный характер разрушения пород наблюдается и при слоистой их структуре, когда слои падают в массив, а сильно раз­ витые тектонические нарушения, в том числе и нормальные к на­ слоению, падают в сторону свободной поверхности откоса. Напри­ мер, при падении слоев крепких пород в сторону массива под уг­ лом 40—55° уступы самопроизвольно заоткашиваются по нормаль­ носекущим трещинам под углом 35—50°.

Наименьшие размеры зоны частичного разрушения пород за предельным контуром получаются при крутопадающих поверхно-

13

Т а б л и ц а 1.1

Рис. 1.5. Схемы разрушения пород по сланцеватости и контактам между слоями под действием колонковых за­ рядов:

а — по наслоению и сланцеватости; б — по согласнопадающим наклонным тектоническим трещинам; в — по крутопадающим трещинам

14

стях ослабления и трещинах; но и в этом случае зона заколов достигает ширины 3-—4 м. В течение 2—3 лет зона заколов пол­ ностью обрушается, бермы ликвидируются (оставшаяся необру­ шенной часть бермы покрывается обрушенными породами вышеле­ жащего уступа) и борт превращается в сплошной откос.

При массовых взрывах вблизи высоких и крутых откосов под влиянием сейсмических колебаний изменяется напряженное со­ стояние массива, что уменьшает силы сцепления по наиболее сла­ бой поверхности и при небольшом запасе устойчивости может при­ вести к внезапным обрушениям бортов. Сейсмический эффект мо­ жет быть уменьшен путем применения коршжозамедленного взры­ вания при подходе уступов к предельному положению, начиная с расстояния 30—50 м. Одним из эффективнейших средств снижения дробления пород за предельным контуром и сейсмического дейст­ вия взрывов на массив горных пород является контурное взры­ вание. При взрывании скважин уменьшенного диаметра с углом наклона к горизонту 60—70° резко сокращаются размеры дефор­ мируемой зоны. Это особенно важно для глубоких карьеров с дли­ тельным сроком службы выработок. Заоткоска уступов наклон­ ными скважинами является обязательной составной частью комп­ лекса укрепительных работ. Технология контурного взрывания за­ ключается в следующем. По проектному контуру выработки бу­ рят ряд сближенных скважин малого диаметра. Скважины заря­ жают уменьшенными зарядами ВВ, так что между зарядом и стенкой скважины сохраняется значительный воздушный зазор, который заполняется забойкой. Наличие воздушного зазора или достаточно пористой забойки приводит к тому, что действие взры­ ва заряда даже бризантного ВВ приближается к действию мета­ тельного ВВ. Давление взрывных газов на стенки скважины на­ растает и имеет небольшую величину. При таких условиях давле­ ние взрывных газов не достигает предела прочности породы на сжатие и зоны раздавливания пород вокруг заряда не образуется. Многочисленных радиальных трещин за проектным контуром также не возникает, а развиваются трещины в плоскости, прохо­ дящей через оси скважин. Если параметры зарядов контурного ряда выбраны правильно, то вдоль ряда скважин образуется ров­ ная устойчивая стенка с видимыми следами скважин.

Различают два способа контурного взрывания: гладкое, когда заряды контурного ряда взрываются после основных зарядов дробления и предварительное щелеобразование, когда заряды кон­ турного ряда взрываются первыми.

При заоткоске уступов способом гладкого взрывания (рис. 1.6, а) с поверхности откоса уступа удаляют наиболее разру­ шенный слой и формируют более устойчивую поверхность. Удов­ летворительные результаты достигаются при расстоянии между скважинами контурного ряд^ 2—3 м с величиной заряда на 1 м скважины 2—4 кг. Скважины диаметром 80—100 мм распола­ гаются на расстоянии 2—3 м от бровки уступа и заряжаются

15

патронами ВВ меньшего диаметра; при необходимости заряд рассредотачивается и по длине. Верхняя часть скважины на высоту 2—2,5 м заполняется забойкой. Пространство между патронами и стенкой скважины, а также осевые промежутки можно оставлять незаполненными. В нижней части скважины помещается основ­ ной заряд массой 8—10 кг.

Добиться высокой чистоты поверхности при данном способе заоткоски невозможно, поскольку трещины и деформации, возни­ кающие за контурным рядом от взрыва основных зарядов

ет или ослабляет взрывную волну, образуемую при взрыве основ­ ных зарядов, исключает возникновение заколов и деформацию массива пород за щелью. Наличие отрезной щели снижает сейс­ мическое действие основных взрывов в несколько раз. Это сни­

гладкого взрывания. В тех же случаях, когда плоскости слоисто­ сти и сланцеватости падают в сторону свободной поверхности от­ коса, необходимо производить только предварительное щелеобра­ зование. т. к. разрушение слабых контактов массовыми взрыва­ ми основных зарядов, как уже отмечалось ранее, распростра­ няется на 15—20 м от последнего ряда основных взрывных скважин.

16

Чистота стенок щели зависит от расстояния между контурны­ ми зарядами в ряду. Средняя высота неровностей составляет примерно 10% от расстояния между скважинами.

Вполне удовлетворительная для открытых горных работ чи­ стота стенок отрезной щели (откоса уступа) достигается при рас­ стоянии между контурными зарядами 0,8—2,5 м.

Таблица 1.2

В табл. 1.2 приведены ориентировочные параметры контурных зарядов отрезной щели в породах различной крепости.

Заряды для образования отрезных щелей заготавливаются в. виде гирлянд, на всю длину которых прокладывается детонирую­ щий шнур. В качестве ВВ обычно используются патроны аммони­ та № 6 или № 6 ЖВ диаметром 30 мм, а для скважин диаметром 150—200 мм — патроны диаметром 90 мм.

Расстояние между рядом скважин отрезной щели и основны­ ми зарядами дробления на уровне подошвы уступа должно быть в пределах 5—7 диаметров заряда дробления. При меньшем расстоя­ нии образованный отрезной щелью откос может быть поврежден основным взрывом. Увеличение расстояния может привести к об­ разованию в подошве уступа целика.

Взрывание зарядов отрезной щели можно производить предва­ рительно, т. е. до бурения скважин для основных зарядов дробле­ ния. Возможно также одновременное взрывание зарядов отрезной щели с основными зарядами. Опережение взрыва зарядов отрез­ ной щели по отношению к основным зарядам дробления рекомен­ дуется принимать в пределах 35—50 мс. Меньшие интервалы мо­

Независимо от последовательности взрывания основных и кон­ турных зарядов, основной взрыв лучше производить по диагональ­ ной схеме.

Один из вариантов диагональной схемы взрывания основных и контурных зарядов при подходе горных работ к границе карье­ ра приведен на рис. 1.6, б.

нау чi;о- уо х н ?о ск а ч

библиотека СССР

В зависимости от способов укрепления откосов уступов, воз­ можна следующая последовательность работ по заоткоске и

укреплению:

а) взрывание контурных зарядов для создания отрезной щели;

б) укрепление массива; в) взрывание зарядов основных скважин перед отрезной

уступов в один. Поскольку нарушение структуры массива пород под воздействием взрывов происходит в верхней части откоса, при оформлении высоких откосов (сдвоенных или строенных уступов) и отсутствии поверхностей ослабления заоткоску с применением отрезной щели для экономии можно производить только в верх­ ней части сдвоенных (строенных) уступов.

Рекомендуемые углы заоткоски при постановке уступов в пре­ дельное положение с применением контурного взрывания приве­ дены в табл. 1.3.

Внастоящее время на 40 отечественных и 50 зарубежных карьерах для улучшения дробления пород или для заоткоски усту­ пов применяют взрывание наклонных скважин.

Втабл. 1.4 приведены сведения по некоторым отечественным карьерам об условиях и стоимости работ по специальной заотко­ ске уступов наклонными скважинами.

На карьерах, где применяется бурение наклонных скважин, углы откосов уступов на 5—10° превышают средние максималь­ ные для всех прочих карьеров.

Анализ влияния изменения угла откоса уступа на генеральный угол наклона борта показывает, что при увеличении углов откосов уступов на 5—10° угол наклона борта увеличивается на 4-—8°, при

этом значительно сокращается объем вскрышных пород.

18

1»