22

Лекция 22.

2 часа.

Сдвижение горных пород при открытой разработке месторождений.

22.1. Формы проявления сдвижения пород при открытой разработке.

По мере оснащения горной промышленности новыми мощными техническими средствами все большее число месторождений отрабатывают открытым способом. Глубина открытой разработки отдельных месторождений в нашей стране превысила 300 м. Строят и эксплуатируют карьеры, рассчитанные на глубину разработки 500 м и более. Технология открытой разработки месторождения и параметры системы разработки в значительной мере определяются особенностями сдвижений и деформаций горных пород в каждых конкретных условиях

Деформации пород в карьере начинаются обычно сразу же после образования открытой горной выработки и происходят, практически, в течение всего срока службы.

Различают непрерывные и циклические процессы.

К непрерывным, т. е. происходящим постоянно, относят оседания, осыпи, суффозионные и поверхностные оплывания, к циклическим, т. е. идущим с переменной скоростью — оползни, обрушения и т. д. Наибольшую опасность представляют циклические процессы. Однако, если при подземной разработке основной практический интерес представляют закономерности деформирования, разрушения и перемещения пород толщи массива и дневной поверхности, то в условиях открытых работ основная цель исследования процессов сдвижения пород заключается в обеспечении устойчивого состояния элементов карьеров - уступов и бортов, а также отвалов пород.

Для правильного проектирования и ведения открытых горных работ необходимо знать формы проявления процессов сдвижения и уметь прогнозировать характер их развития и возможные последствия. Необходимо также надежно рассчитывать основные параметры (форму уступов и бортов карьеров, их высоту и др.), обеспечивающие устойчивость уступов, бортов и отвалов в период разработки.

Основными формами проявления процессов сдвижения на карьерах являются:

Оползень—медленное скользящее движение (смещение) масс горных пород, слагающих откос (а иногда и его основание). Это наиболее распространенный и крупный вид нарушения устойчивости откосов, связанный с наличием в толще пород пластичных прослойков, слоев и слабых контактов. Оползни происходят при углах наклона бортов и откосов уступов положе 25—35°. Активная стадия оползней протекает в течение значительного времени (от нескольких часов до месяцев). Поскольку оползни нередко вовлекают в движение значительные массы горных пород (до нескольких миллионов кубических метров), они являются часто причиной полного прекращения работ в карьерах.

Развитие оползня сопровождается обычно образованием трещин отрыва, размеры которых характеризуются глубиной их распространения, шириной раскрытия и протяженностью. По скорости развития трещин можно судить о ходе развивающейся деформации. Ее называют иногда скоростью “подвигания” отрывающегося блока.

Оползневой цикл складывается из процесса перехода массива пород, прилегающих к откосу, из равновесного в неравновесное состояние и затем в новое равновесное состояние.

Обрушение—быстрое смещение породных масс или блоков и пачек пород, слагающих откос, сопровождающееся дроблением смещающейся части массива. Поверхность отрыва обрушающихся пород, как правило, совпадает с различного рода структурными неоднородностями (ослаблениями) массива и имеет наклон, превышающий угол внутреннего трения. Поэтому после преодоления сил сцепления оторвавшийся массив не может удержаться на этой поверхности силами трения и перемещается вниз к подошве откоса. Активная стадия обрушения протекает практически мгновенно, что представляет большую опасность для людей и механизмов, работающих на нижележащих уступах. Обрушения возникают при углах откосов, превышающих 25—35° и захватывают иногда значительные части массивов горных пород.

Оплывина — перемещение в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры (пылеватых песков и глин, лёссовидных суглинков и лёссов), которые растекаются по площадкам уступов под углом 4—6° и менее. Оплывины захватывают значительные объемы пород, развиваются весьма интенсивно, часто приобретая катастрофический характер.

Осыпь — разрушение и смещение приповерхностной части крутых откосов. Осыпи формируются в течение значительного периода времени (нескольких лет) и характерны для всех типов горных пород. Они вызывают выполаживание общего угла наклона борта карьера за счет уменьшения площадок уступов. Известны случаи, когда осыпи являлись источниками образования более крупных нарушений устойчивости, оползней, оплывин и др.

Просадка — неравномерное вертикальное опускание площадок уступов и поверхности отвалов, сложенных высокопористыми рыхлыми породами естественной и нарушенной структуры под влиянием собственного веса, внешних пригрузок, увлажнения атмосферными осадками, динамических нагрузок и т. п.

При просадках, как правило, не образуется сплошной поверхности скольжения. Обычно это наименее опасный вид нарушения устойчивости, однако в определенных условиях он может служить причиной серьезных нарушений режима работы, аварий и травм.

Фильтрационные деформации, вызываемые подземными водами, разделяют на оплывание, выпор, механическую суффозию и фильтрационный вынос вдоль трещин.

Оплывание связано с переносом и переотложением грунтовых частиц подземными водами, вытекающими на откос в пределах участка их высачивания. Наибольшее развитие этот процесс получает в песчаных грунтах.

Выпор—это нарушение устойчивости частично подтопленных песчаных откосов, при котором приходит в движение некоторый его объем. Выпор происходит под влиянием сил тяжести и гидродинамического давления.

Механическая суффозия —вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил.

Фильтрационный вынос вдоль трещин носит эрозионный характер и развивается в слабосцементированных породах с характерной естественной трещиноватостью.