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

общей длиной рассредоточенного заряда). Глубина скважин уве­ личилась на 0,4—0,7 м, а диаметр полостей составил 1—1,5 м. Две скважины после взрыва заполнили бетоном.

На закрепленном участке была пробурена наблюдательная скважина, через которую в течение года провели три серии наблю­ дений за изменением режима плотности — влажности пород. Заме­ ры и наблюдения, выполненные через год после укрепления, пока­ зали, что на смежных участках произошли значительные сдвиже­ ния пород, в то время как на закрепленном участке таковых не наблюдалось. На этом участке деформировалась лишь поверх­ ность откоса; наблюдались отдельные вывалы по старым трещи­ нам и осыпи пород.

Экспериментальная проверка укрепления фильтрующего откоса суглинка электроосмосом на Кумертаусском угольном разрезе показала его неэффективность. Постоянная работа установки делает этот способ слишком дорогим при необходимости длитель­ ного обеспечения устойчивости откосов, но для укрепления откосов строительных котлованов этот способ достаточно эффективен.

На Сибайском карьере на юго-западном и западном бортах наблюдались оползания рыхлых пород и оседания транспортных берм. Однажды произошло оседание неустойчивого участка желез­ нодорожного капитального заезда протяженностью 40 м.

Сооружение двух подпорных стенок из шпунтов (набивные трубы и железобетонные сваи), заглубленных на 3—7 м, не пред­ отвратило сдвижения пород уступов. Для повышения устойчиво­ сти ослабленных участков было проведено комплексное комбини­ рованное укрепление. На бермах неустойчивых участков карьера и поверхности, прилегающей к контуру карьера, для уменьшения влияния атмосферных вод было посажено 2560 саженцев тополя и клена, 7000 саженцев акации и высеены многолетние травы. Это позволило на поверхности откосов создать более устойчивый слой и снизить до минимума влияние поверхностных вод на откосы.

Биологический способ укрепления откосов рыхлых пород широ­ ко распространен в железнодорожном строительстве.

Институтом ВИОГЕМ проведены лабораторные исследования по упрочнению песчано-глинистых пород укрепительными раство­ рами на основе синтетических смол.

После лабораторных исследований были проведены промыш­ ленные испытания на одном из уступов Михайловского карьера КМА. Уступ укрепленного участка был сложен апт-неокомовыми глинами, альбскими песками мощностью 0,7—1,5 м, с коэффициен­ том фильтрации 2 м/сут.

На опытном участке бурили скважины, в каждую из них нагнетали 2—2,5 м3 раствора. В качестве отвердителя применяли хлорное железо или соляную кислоту. Для указанной разновидно­ сти пород положительных результатов достигли, применив в каче­ стве отвердителя хлорное железо; при этом были получены сле­ дующие показатели укрепленных песков: радиус распространения

191

раствора составлял 0,4—1 м, величина сцепления 5—7 кгс/см2 вме­ сто 1—2 кгс/см2 до упрочнения, угол внутреннего трения с 33 воз­ рос до 40°, а коэффициент фильтрации составил 0,1—0,0001 м/сут.

На Зыряновском карьере в течение ряда лет велась борьба с оползнями рыхлых пород на северо-западном борту карьера, при­ чем применялись различные способы их стабилизации. В результа­ те подрезки контакта суглинков с коренными породами на усту­ пах началась деформация борта карьера, сложенного рыхлыми от­ ложениями. В начале размеры оползня составляли 30 м по фронту и 20 м в направлении движения; общий объем оползня равнялся 1—1,2 тыс. м3. Весной в связи с возобновлением вскрышных ра­ бот начались оползневые явления в рыхлых отложениях, зале­ гающих на правом борту древнего, погребенного под наносами лога.

Для предотвращения оползания пород были проведены работы по планировке поверхности откоса в районе оползня с выполаживанием угла до 15—25°. Однако эти мероприятия не остановили развития деформаций и к концу года размер оползня объемом 400 тыс. м3 составил в направлении движения ПО м и по фронту — 175 м. При этом в зону сдвижения оползня попало одно из зданий промплощадки.

На основании дополнительно проведенных инженерно-геологи­ ческих изысканий в районе северо-западного борта карьера для стабилизации оползня был выполнен проект противооползневых мероприятий:

1)разгрузка оползневого массива;

2)выемка наносов для отсыпки контрфорсов;

3)отсыпка западного и восточного контрфорсов;

4)перенос петли внутрикарьерной автодороги на 160 м восточ­ нее проектного положения;

5)планировка поверхности в районе северо-западного борта карьера;

6)укрепление рыхлых пород методом электросиликатизации. При разгрузке оползневого массива было вынуто 460 тыс. м3.

наносов.

Затем были отсыпаны западный и восточный контрфорсы объ­ емом скальных пород соответственно 134 и 89 тыс. м3. В процессе выемки наносов и отсыпки западного контрфорса произошли сме­ щения оползневых масс, в результате чего выемка породы под западный контрфорс не была закончена, и часть контрфорса была уложена на глины. Удерживающая способность его оказалась меньше, чем было предусмотрено проектом. К разработке меро­ приятий, направленных на стабилизацию неустойчивого массива, был привлечен институт ВНИМИ, рекомендации которого преду­ сматривали увеличение объема западного контрфорса и отсыпку дополнительно в осевой части погребенной ложбины Центрального контрфорса объемом около 100 тыс. м3 скальных пород. Исследова­ ниями ВНИМИ было установлено, что при выемке породы объемом

192

80 тыс. м3, которая заменяется скальной вскрышей, могут возник­ нуть смещения массива со скоростью до 10 мм в сутки. В резуль­ тате чего оказались под угрозой разрушения здания и сооружения промплощадки шахты «Капитальная», расположенные на северозападном борту карьера. В связи с этим укрепление неустойчивого участка борта было решено произвести в два этапа, первый из ко­ торых предусматривал осуществление предупредительных мер по защите от деформаций и разрушений здания подъемных машин,, компрессорной и других сооружений шахты «Капитальная», а вто­ рой— разгрузку призмы активного давления ползневого массива,, выемку породы из котлована контрфорса и отсыпку скальных по­ род в тело Центрального контрфорса на предварительно зачищен­ ные коренные породы.

На первом этапе было выполнено искусственное укрепление поверхностного слоя промплощадки электросиликатизацией на глубину до 5 м (при средней мощности наносов 25 м). Затем в со­ ответствии с проектом было предпринято укрепление промплощад­ ки шахты анкерованной подпорной стенкой из разряженных свай­ ных рядов. Изготовленные из сборного железобетона мостовые сваи-оболочки диаметром 600 мм опускались в заранее пробу­ ренные скважины канатно-ударного бурения диаметром 800 мм. Полость свай и засвайное пространство заполнялись под давле­ нием цементным раствором с мелким заполнителем из гравия.

Нижняя часть (замки) свай заделывалась в свайное основание на глубину не менее 5 м, а верхние части были связаны мощным железобетонным ростверком из монолитного бетона с армату­ рой из двутавровых балок тяжелого профиля. Концы ростверка крепились к четырем массивным железобетонным анкерам, зало­ женным в ненарушенном скальном основании. Надежная заделка верхних и нижних концов свай позволила значительно снизить влияние изгибающих моментов и обеспечила устойчивость укре­ пленного массива с коэффициентом запаса, превышающим два. Сваи устанавливались в шахматном порядке в два-три ряда; длина их, в зависимости от профиля перекрытого четвертичными отло­ жениями лога, колебалась от 35 м (в центральной его части) до 8 м (по периферии). Всего было установлено 138 свай.

Работы по сооружению подпорной стенки были выполнены со­ гласно проекту. В настоящее время для контроля за качеством укрепления ведутся инструментальные наблюдения, свидетельст­ вующие о том, что промплощадки и расположенные на ней здания вполне устойчивы.

На втором этапе работ по укреплению неустойчивого участка северо-западного борта карьера была выполнена разгрузка приз­ мы активного оползневого массива, что потребовало выемки 100 тыс. м3 пород. После завершения этих работ и устройства лив­ неотводных канав была осуществлена выемка рыхлых отложений из котлована контрфорса объемом 200 тыс. м3 и отсыпка скаль­ ных пород в тело контрфорса объемом 100 тыс. м3.

193

В результате выполнения противооползневых мероприятий на северо-западном борту карьера отпала необходимость предусмот­ ренного ранее проектом Казгипроцветмета переноса основных со­ оружений промплощадки шахты «Капитальная», ее остановки на 10 дней и передачи 25% рудных запасов, добываемых карьером, подземным рудникам.

Общие затраты на выполнение противооползневых мероприя­ тий и на перенос сооружений промплощадки шахты «Капиталь­ ная», потери от ее остановки составляют 886,33 тыс. руб.

Таким образом, если учесть все затраты и потери, связанные с оползнем, экономический эффект от выполнения мероприятий по искусственному укреплению неустойчивого участка борта Зыряновского карьера превысил 10,5 млн. руб.

ностью осуществляется путем их покрытия растительным слоем и посевом многолетних трав.

Этот способ полностью себя оправдал на Лебединском карье­ ре КМА.

После испарения остаточной влажности песка (подвешенной капиллярной воды и воды углов пор), придающей песку некото­ рое сцепление, начались осыпи. При этом уступ выполаживался до угла естественного откоса. Это привело к подработке вышележа­ щего слоя торфа. Последний стал осыпаться, пригружая песча­ ный откос. Естественное зарастание откоса травой обеспечило его устойчивость против ветровой эрозии. Участки песчаных отко­ сов, не защищенные растительным слоем, подвергаются ветровой эрозии, и с течением времени это может привести к нарушению транспортных берм и берм безопасности.

В условиях засушливого (степного) климата укрепление песча­ ных откосов против ветровой эрозии представляет определенные трудности.

Для изучения возможности сохранения поверхности песчаных откосов ВНИМИ проводил на Соколовском карьере (СоколовскоСарбайский ГОК) опытные работы по укреплению участка откоса уступа, сложенного пылеватыми песками; угол откоса уступа рав­ нялся 35°. Для выполнения работ по укреплению использовался цементный раствор в разных соотношениях с водой (цемент мар­ ки 400), также в смеси с глинистым раствором, битум марки 3 и раствор битума с соляровым маслом в разных пропорциях. По­ верхность откоса была разбита на ряд полос, которые предвари­ тельно зачищались, выравнивались и поливались укрепителем. Через год было проверено состояние полос. Все полосы, покрытые цементным раствором, не сохранили корок покрытия, которые за этот период времени разрушились. Полосы, покрытые битумными составами, сохранились хорошо. Наряду с этим производилось укрепление поверхности откоса смесью песка с цементным раство ром, жидким стеклом с последующей поливкой его соляной кисло­

194

той, смесью цемента с жидким стеклом. В этих случаях образовы­ валась быстротвердеющая и достаточно прочная корка.

Как показали результаты опытных работ по укреплению по­ верхности песчаных откосов, основным недостатком является быст­ рое стенание жидкости по откосу. Вследствие этого образуется слишком тонкая корка покрытия, которая легко разрушается дождем п осыпающимся с откосов щебнем. Поэтому для более прочного схватывания материала покрытия с породой откоса и для образования корки значительной толщины можно рекомендо­ вать покрытие песчаных откосов торкрет-бетоном только по ме­ таллической сетке.

В Канаде были проведены экспериментальные работы по укре­ плению борта карьера напряженными анкерными тросами и сталь­ ными штангами большой длины [80]. Глубина карьера составля­ ла 150 м, высота уступов— 15 м, ширина берм — 9 м. Была про­ верена возможность увеличения угла наклона борта с 35,5° (безукрепления) до 53° с применением искусственного укрепления.. Расчетная стоимость укрепления составила примерно 3 тыс. долл, на 1 м длины борта, в то время как стоимость вскрыши равнялась 6 тыс. долл. (0,34 Долл/т). Прибыль, получаемая за счет сокра­ щения вскрыши, составила 3 тыс. долл, на 1 м длины борта. Она может быть еще больше, если применить более рациональный спо­ соб бурения скважин под анкеры. Затраты на бурение в данном случае составили около 50% от общей стоимости укрепления.

Укрепляли борт, сложенный крепкими скальными породами, разбитыми на блоки плоскостями отдельности, напластованиями, однако связь между отдельными^ блоками сохранялась. Предпола­ галось, что за пределами зоны трещиноватости, ограниченной ка­ кой-то плоской поверхностью, массив не нарушен и способен вос­ принимать нагрузки. В этой части массива закрепляли замки анке­ ров. Породы поверхности откоса, подверженные процессам вывет­ ривания, укрепляли металлической сеткой.

Экспериментальные работы проводились на участке борта вы­ сотой 20 м и шириной 15 м. Было установлено четыре анкера (на­ клонных к горизонту под углом 10°) попарно в верхней и нижней частях уступа на расстоянии 15 м между ними. Каждая пара анкеров у устья скважин соединена тяжами или железобетонными балками, .которые удерживают на поверхности откоса металличе­ скую сетку, предназначенную для предотвращения осыпей пород поверхности откоса.

Диаметр скважин для глубинных анкеров равнялся 90—100 мм, длина анкерных тросов 10, 33, 58 м, а стальной штанги диаметром 36 мм— 16 м. Трос состоял из 12 прядей диаметром 12,7 мм с не­ сущей способностью 136 тс.

Некоторые трудности были встречены при опускании длинных анкеров в скважины. Работа эта выполнялась вручную. В одну скважину, стенки которой пересекали зону, нарушенную трещиной, так и не удалось ввести трос до конца, хотя для этого было при­

195

влечено семь человек. Пришли к выводу, что стенки таких сква­ жин необходимо предварительно цементировать, а для анкеров длиной более 36 м увеличить диаметр скважин. Это касается сква­ жин, наклоненных под углом 10° к горизонту. При больших на­ клонах скважин диаметра 90—100 мм вполне достаточно даже для анкеров длиной 50—60 м. Был принят следующий порядок веде­ ния укрепительных работ. После ввода анкеров в скважины бето­ нировали замки анкеров (длина около 6 м ) . В период затверде­ вания цементного раствора (28 дней) на поверхность откоса наве­ шивали металлическую сетку из проволоки диаметром 5 мм с раз­ мерами ячеек 150X150 мм, а затем монтировали анкерные плиты и соединяли с ними арматуру поперечных балок (сечением 400X400 мм), служащих для удержания металлической сетки и укрепления верхнего слоя пород между анкерами.

Тросы натягивали с помощью домкратов усилием около 120 тс и расклинивали специальным клином. Металлическую штангу на­ тягивали усилием 66 тс и закрепляли специальной гайкой. Затра­ ты рабочей силы на эту операцию равнялись около 3 чел.-ч на один

.анкер. Натянутые анкеры оснащались приборами контроля. По истечении девяти месяцев скважины полностью заливали цемент­ ным раствором. Анализ стоимости укрепительных работ показал, что около 50% затрат составляет стоимость рабочей силы.

Затраты на укрепление 1 м борта составили около 3 тыс. долл. Стоимость укрепления единицы длины борта находится в зави­ симости от угЛа его наклона. Наибольшую прибыль можно полу­ чить при угле наклона, равном 53°.

В Ф Р Г предварительно-напряженные анкеры из стальных тросов или металлических стержней применяют для укрепления подверженных оползанию естественных склонов в районах стро­ ительства плотин.

В районе Шифергебирге (правый берег р. Рейн) успешно ста­ билизировали с помощью анкеров створы плотин и откосы над автодорогами. При строительстве плотины Биггетальшперре предварительно-напряженные анкеры использовались для предот­

На укрепляемом участке наблюдались мелкие и крупные зоны нарушений, достигающие мощности 0,5 м, разбивающие скальный массив на блоки.

До окончания работ по укреплению на участке произошло два оползня. Укрепление откоса произвели железобетонными балка­ ми, уложенными в виде решетки на поверхность откоса, и 29 анке­ рами. Анкерам задавали начальное натяжение от 55 до 100 тс. Конструкция их предусматривала возможность дополнительного натяжения. Трос, использованный для изготовления анкеров, имел антикоррозийное покрытие. Длина анкеров составила 9—32 м. При установке анкеров стремились, чтобы они по возможности пере-

196

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Борта глубоких карьеров необходимо рассматривать как слож­ ные геотехнические сооружения, требующие технического решения на всех стадиях их оформления: проектирования, строительства, эксплуатации и погашения карьеров.

Сложность решения вопросов обеспечения длительной устойчи­ вости бортов карьеров прежде всего определяется трудностью изу­ чения их инженерно-геологического строения и механических свойств горного массива; многие факторы, влияющие на опти­ мальные параметры откосов, выявляются и детально изучаются только в процессе производства самих горных разработок. В связи с этим при проектировании карьеров параметры откосов и меры по обеспечению их устойчивости принимаются как наиболее веро­ ятные средние для данных условий. Конкретные же для каждого участка карьера параметры откосов и меры обеспечения их дли­ тельной устойчивости устанавливаются в процессе горных разра­ боток.

Для технического решения вопросов по обеспечению устойчиво­ сти откосов на карьерах должна создаваться специальная служба, в задачу которой входит: уточнение или детальное изучение инже­ нерно-геологических условий, наблюдения за деформированием откосов, составление паспортов на погашение уступов в предель­ ном положении, включая установление углов заоткоски уступов, способов заоткоски, способов и параметров укрепления, осущест­ вление заоткоски и укрепления откосов, очистки берм, оборки и ремонта откосов.

Для выполнения всех этих работ служба обеспечения устойчи­ вости откосов должна располагать необходимым специальным обо­ рудованием. Настало время разработки и изготовления оборудо­ вания для укрепления откосов, их оборки и очистки берм.

198

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ческая оценка возможности применения искусственных способов укрепления гор­ ных пород.— «Горный журнал», 1962, г., № 9.

6. Б е л я е в В. Ф., П я с т о л о в А. В., Са в и н И. Д. Искусственное укрепление горных пород для борьбы с деформациями уступов и бортов карье­ ров.— «Шахтное строительство», 1964, № 5.

сы маркшейдерского дела на открытых разработках», ч. 1. Белгород, изд.. ВИОГЕМ, 1971.

9. В л а с о в П. А. Некоторые результаты исследования способа укрепле­ ния откосов путем уплотнения пород взрывами и цементацией. Материалы со­ вещания «Вопросы маркшейдерского дела», ч. 2. Белгород, изд. ВИОГЕМ, 1969.

10. В о р о н и н В. С. Набрызгбетонное покрытие откосов уступов.— «Гор­ ный журнал», 1969, № 7.

И. Г а л к и н А. М. Организация геолого-маркшейдерских работ при заоткоске бортов карьера на Сибайском руднике. Материалы совещания «Вопросы

200