книги из ГПНТБ / Совершенствование открытых разработок марганцевых руд УССР

а также Криворожский НИГРИ. В настоящее время работы по устойчивости в основном проводятся УкрНИИпроектом, который имеет в бассейне постоянную станцию наблюде­ ний. Параллельно с УкрНИИпроектом в 1959—1960 гг. работы по устойчивости в бассейне проводились ВНИМИ.

АН УССР выведена кривая зависимости устойчивых углов откосов от глубины разрабатывабмого карьера (рис. 9). При выборе расчетных методов определения устойчивых углов откосов применительно к условиям рассматриваемого бассейна были сделаны следующие выводы.

1. Наиболее теоретически обоснованным с точки зрения механики среды и математики является в настоящее время метод чл.-корр. АН СССР В. В. Соколовского. При при­ менении этого метода на практике для расчета условий

41

устойчивости однородных земляных откосов были получены замечательные результаты. Однако, как показал Ю. Н. Малюшицкий, этот метод в предложенном виде не может быть использован для расчетов устойчивости бортов глубоких карьеров, так как исходит из условий напряженного со­ стояния однородного земляного массива с постоянными показателями прочности слагающей его породы.

Ю. Н. Малюшицкий предложил при применении метода В. В. Соколовского делать поправки на изменение показа­ телей прочности пород ведением расчета по схеме мно­ гослойного откоса. Единственным недостатком метода В. В. Соколовского с поправкой Ю. Н. Малюшицкого на многослойность откоса является то что в зависимости от прочности вышележащих пород несколько изменится характер и размер нагрузки на нижележащие слои, однако эти изменения в случае пород Никопольского месторо­ ждения являются незначительными.

2. Метод «Fp» проф. Н. Н. Маслова во многих случаях дает значения, близкие к фактическим. Однако теорети­ ческое обоснование метода не учитывает общего распределе­

при расчетах, однако необходимо было установить пределы его применимости.

3. Для проверки расчетных данных были использованы метод круглоцилиндрической поверхности обрушения и ме­ тод моделирования.

Рекомендуемые углы устойчивых откосов относятся к карьерам, расположенным в западной части бассейна. Эти рекомендации не могут быть отнесены к Грушевскому

42

карьеру (восточная часть бассейна), литологическая раз­ ность пород которого значительно отличается от пород карьерных полей, рассмотренных в работе ИГД АН УССР. Рекомендации по этому карьеру выданы в результате больших инженерно-геологических и лабораторных иссле­ дований УкрНИИпроекта.

Наиболее характерные оползни бортов были зафикси­ рованы на Шевченковском карьере. Они относятся к кон­ тактным оползням трех разновидностей: 1) оползни, прохо­ дившие по контакту надрудные глины — водоносный пе­ сок; 2) оползни, проходившие по контакту надрудных пес­ ков с рудой; 3) оползни верхних уступов, проходившие

вмергелистых глинах по контакту рыхлых влажных глин

сболее плотными слоями той же глины.

Примером оползней первой разновидности может слу­ жить оползень надрудного уступа в западной части карьера, который произошел в середине сентября 1960 г. Через 5— 6 дней после отработки руды в выработанном пространстве появились участки, засыпанные песком. Обрушение про­ ходило медленно на большом протяжении, почти на всю мощность песков до контакта с черными глинами, иногда с обрушением нижних слоев последних. Плоскость срыва песка была почти вертикальной; обрушающийся песок, уходя от забоя, укладывался под углом 7—8°. Ширина полосы вынесенного или выжатого песка в местах ее наи­ большего удаления от откоса уступа составляла 8—9 м. Песок: в уступе очень влажный, мергелистые глины сразу после вскрытия также были влажными, но свободной воды в них не было. По мере вытекания песка наблюдалась замет­ ная просадка вышележащих глин; на поверхности уступа появилось несколько трещин, затем произошло ополза­ ние всей толщи наносов. При высоте уступа 20 м и перво­ начальном угле откоса 36°ЗГ в результате оползня произо­ шло выполаживание откоса до 16°08'. Причиной оползня

43

нужно считать вынос песка с последующим откалыванием черных глин по трещинам и дальнейшее развитие оползня как контактного.

Примером второй разновидности оползней может слу­ жить оползень южного борта в районе монтажной площадки в западной части карьера, который произошел 13 сентября

Рис. 10. Оползень надрудного уступа на Шевченковском карьере.

1960 г. (рис. 10). В основании борта находились среднезер­ нистые увлажненные пески мощностью 5—7 м. Надрудных глин в районе оползня не было. Перед наступлением ополз­ ня пласт песка на высоте 2,5—3,5 м (считая от кровли руды) был разделен на два уступа, с площадкой между ними шириной 10—12 м. Рабочий борт при высоте 28—30 м имел угол откоса 35°. На борту были сделаны предохранитель­ ные бермы шириной 5—10 м. Процесс развития оползня характеризовался осыпанием песка и образованием не­ большого конуса на нижнем подуступе. Дальнейшее выте­ кание песка привело к обвалу всей вышележащей толщи наносов. В результате деформации произошло выполаживание откоса борта до 23°58'. Осевшие породы борта выда­ вили песок и переместили его на 22 м. Причиной оползня, нужно считать вытекание песка и наличие трещин в чер­

44

ных третичных глинах, ориентированных на данном уча­ стке почти параллельно южному борту.

Примером третьей разновидности может служить опол­ зень передового уступа в западной части карьера. Пробу­ ренная на границе с оползнем инженерно-геологическая сква­ жина показывает, что уступ был сложен растительным слоем

ирыхлыми желтовато-бурыми суглинками (1 м), зеленовато­ серыми мергелистыми глинами с прослойками разрушенного мергеля и мергелистой глиной, рыхлой с мелкими трещи­ нами. На горизонте мергелистой глины на всем протяжении уступа в месте образования оползня имеются выходы под­ земных вод либо в виде отдельных источников, либо в виде просачивания воды по всей мощности трещиноватых мерге­ листых глин. Только на глубине 10 м у подошвы уступа мергелистые глины становятся более плотными. Подвижка породных масс произошла вследствие сильного увлажнения подземными водами мергелистых глин, находящихся в ос­ новании уступа. Характер обрушения (отрыв массива вдоль борта, проседание на 1—2 м и затем горизонтальное перемещение оползней массы от 7—8 до 15—18 м) позволяет отнести оползень к контактным оползням-сдвигам. Кон­ тактом в данном случае служит граница между плотными

ирыхлыми мергелистыми глинами. Оползни третьей группы получают свое развитие только на участках понижения плот­ ных мергелистых глин (при условии водонасыщенности вышележащей толщи тех же глин) или на контактах мерге­ листых глин с красно-бурыми глинами. Последние на Шев­ ченковском карьере (в отличие от Богдановского карьера) не имеют повсеместного распространения.

Вкачестве мероприятий, предупреждающих возникно­ вение оползней на верхних уступах, можно рекомендовать:

а) отвод поверхностных вод нагорными канавами с обя­ зательной изоляцией канав от проникновения воды в толщу разрыхленных мергелистых глин;

45

б) отработку верхних уступов, • обеспечивающую нахо­ ждение контакта плотных мергелистых глин на 1—2 м ниже основания уступа.

стые глины, поверхностные и грунтовые воды, выклини­ ваясь на борт, не вызывали никаких деформаций.

Наблюдения над деформациями рабочих бортов в Шев­ ченковском карьере показали, что наличие свободной' воды в массиве в подавляющем большинстве случаев является основной причиной возникновения оползней. Наличие сво­ бодной воды в нижнесарматских среднезернистых песках способствует вытеканию их, увлажняет контакт песка с над­ рудной глиной и приводит к резкому снижению сопротив­ ляемости последней сдвигу. Горными работами на карьере только снижается напор подземных вод, но рабочий борт не осушается даже на ширину заходки экскаватора (20— 25 м) за двух-трехмесячный срок. Даже в тех случаях, когда отдельные источники при обновлении забоя не про­ слеживаются, оставшееся количество воды почти всегда оказывается достаточным для увлажнения надрудных глин и образования оползней.

Иногда оползни вызывались внешними причинами. Так в конце 1958 г. на северо-восточном участке карьераДорт высотой 20 м до пригрузки отвалами был устойчивым даже при углах откоса выше 48°, после пригрузки деформиро­ вались участки, имевшие углы откоса 34° 15'. В результате деформации рабочий борт выположился до 18°. Макси­ мальная высота отвалов, расположенных на борту, дости­ гала 8 м. Основание борта было увлажнено. Местами из песков просачивалась вода. Этот случай указывает на необходимость осушения бортов, особенно при укладке мостовых отвалов в первой заходке непосредственно на борт.

46

Меньшее число оползней рабочего борта на Богданов­ ском карьере отнюдь не означает, что породы здесь более устойчивы, чем на других карьерах бассейна. В 1958 г. карьер по всей длине был сухим. Уровень подрудного водо­ носного горизонта находился ниже почвы пласта на 1—■ 1,5 м. Выходу вод в карьер препятствовало поднятие надрудных глин. Однако и в этих условиях на карьере произошло несколько оползней. Оползни проходили при больших высо­ тах уступов (свыше 20 лі) и крутизне откоса 38—43°.

В 1959 г. породы карьера были более влажными, и даже при угле откоса борта 8—13° в местах повышенной влаж­ ности появились вывалы пород. В 1960 г. в разрезной тран­ шее карьера в очень небольшом количестве появилась вода.

Не менее опасными, чем оползни борта, для ведения добычных работ являются оползни внутренних отвалов. Тридцатилетний опыт изучения геотехнических условий устойчивости мостовых отвалов в Нидерлаузитских карье­ рах (ГДР) показал, что устойчивость откосов с предотвалом высотой 6—10 м и соответствующей шириной площадки для расположения путей отвальной опоры моста гаранти­ руется полностью, в то время как на мостовых отвалах без предотвалов имели место обрушения и оползни. В период

с1931 по 1945 г. в карьерах .Ильзе-Ост, Анна-Зюд, Койне, Мейроштольн, Фридлендер и др. (ГДР) оползни имели место при высотах отвалов от 28 до 35 м. В карьере Клеттвиц (ГДР) впервые в истории применения транспортно-отваль­ ных мостов из-за оползня произошло разрушение конструк­ ции отвального моста.

На Шевченковском и Грушевском карьерах запроектиро­ ваны и отсыпаются управляемые отвалы: внешние автомо­ бильные, железнодорожные, а также мостовые, отсыпа'емые

спредотвалом. Правильное установление соотношения вы­

соты и угла откоса отвала играет решающую роль для

47

обеспечения нормальной работы карьера. Основой расчетов служат лабораторные определения прочности пород, иду­ щих в отвал. Расчет откоса предельного равновесия для от­ вала, отсыпаемого до любой высоты из однородной породы на твердом основании, производится методом многослой­ ного откоса и методом «Fp» Н. Н. Маслова. Заслуживает внимания определение предельных углов отвалов методом центробежного моделирования. Наиболее обоснованными

для отвалов бассейна явля­ ются рекомендации НИГРИ

(табл. 3).

В настоящее время в бассей­ не нет управляемых внутрен­ них отвалов, поэтому прове­ рить теоретические обоснова­ ния устойчивости указанных отвалов не представляется возможным. Оползни внутрен­ них неуправляемых отвалов имели место на Богдановском и Шевченковском карьерах. В основном эти оползни проис­ ходили сразу же после вскры­

тия рудного пласта и на большом протяжении разрезной траншеи, почти полностью закрывали вскрытое и подготов­ ленное к выемке полезное ископаемое. Как правило, язык оползня быстро разрабатывался, поэтому динамика этих оползней изучена недостаточно. Около пятнадцати оползней внутренних отвалов, происшедших на указанных карьерах

с1958 г. по 1962 г., могут быть отнесены к двум группам:

1)оползни на отвалах, уложенных на мокрое глинистое или смешанное (глина и песок) основание;

2)оползни на отвалах, уложенных на относительно су­ хое основание.

48

К первой группе относятся пять оползней, из которых два были на Богдановском карьере. Причина возникнове­ ния этих оползней —■неправильное ведение горно-вскрыш­ ных и отвальных работ. Отвалы отсыпались в выработан­ ное пространство либо заполненное водой, либо сразу же после частичного отвода воды. На Шевченковском карьере породные массы служили материалом для отжима воды в вы­ работанном пространстве от добычного забоя, поэтому, естественно, не могли не деформироваться.

Характерным представителем второй группы является оползень внутренних отвалов, происшедший в середине мая 1960 г. в центральной части Богдановского карьера. Раз­ витие оползня началось со сдвижения свежеотсыпанного конуса третьей заходки, расположенного почти против места оползня первой заходки отвалов, уложенных на мокрое основание. Расстояние между первой и третьей заходкой вэтом районе составляло около 100 м. Оползень быстро про­ двигался вслед за подвиганием забоя. Всего в движение пришло более 100 тыс. м3 отвальной массы. Вскрытая марганцевая руда была повсеместно засьщана оползшими породами. «Наступление» оползня продолжалось в течение месяца (табл. 4). Отвалы при высоте 36—42 м имели пер­ воначальный угол откоса от 24 до 29° и в результате оползня изменили свою высоту до 30—38 м с выполаживанием откоса до 14—18°. Стенка отрыва у вершины отвала на всем протяжении оползня имела угол наклона 45—50°, затем следовала слабонаклоненная площадка, испещренная крупными трещинами, которые прослеживались на глуби­ ну более 1,5 м. Язык оползня в наиболее пологих участках имел угол наклона 7—8°. Почти на всем протяжении ополз­ ня сохранилась площадка предотвала, которая в местах наибольшего продвижения оползня имела на момент заме­ ров обратный уклон. Наблюдениям над подвижками от­ вальной смеси препятствовали добычные работы, которые

велись вслед за подвиганием оползня. Язык оползня, за­ крывший рудный пласт, быстро разбирался, и породы частично вывозились автосамосвалами, а частично перело­ пачивались. При этом откос сползшего отвала повсеместно подрабатывался экскаваторами таким образом, что нижняя часть отвала представляла собой вертикальную стенку высотой 6—8 м, которая оставалась устойчивой даже после отработки рудного пласта. Подрезка основания отвала горными работами сильно увеличила крутизну отвального откоса, доводя ее местами до 24—25°, т. е. до первоначаль­ ного угла откоса, но при значительно меньшей высоте.

Таблица 4

Результаты инструментальных наблюдений за оползнем отвалов

Устойчивое состояние отвала при снижении его высоты на 4—5 м дает основание полагать, что одной из причин образования оползня является превышение высоты при дан­ ном угле откоса. Наибольшая вероятность причины ополз­ ней внутренних отвалов на Богдановском карьере — пре­ вышение высоты при данном угле откоса (подтверждается инструментальными наблюдениями, проведенными на дру­ гих участках отвалов в той же заходке). Так, участок от­ вала, расположенный в 100—120 м от оползневого района, при высоте 29,6 м имел угол отсыпки 32°ЗГ и более двух

50