МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

 

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

ВНИМИ

 

Утверждена

Госгортехнадзором СССР

21 июля 1970 г.

 

Согласовано

Министерством угольной

промышленности СССР

Министерством черной

металлургии СССР

Министерством цветной

металлургии СССР

Министерством химической

промышленности СССР

Министерством промышленности

строительных материалов СССР

 

ИНСТРУКЦИЯ

ПО НАБЛЮДЕНИЯМ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ БОРТОВ, ОТКОСОВ УСТУПОВ

И ОТВАЛОВ НА КАРЬЕРАХ И РАЗРАБОТКЕ МЕРОПРИЯТИЙ

ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

 

АННОТАЦИЯ

 

"Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости" включает весь комплекс маркшейдерских и инженерно-геологических наблюдений, необходимых для решения вопросов по обеспечению устойчивости откосов, и мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости откосов и обеспечению безопасности работ на действующих карьерах.

"Инструкция..." предназначена для горных предприятий, разрабатывающих твердые полезные ископаемые открытым способом.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Развитие горнодобывающей промышленности в СССР сопровождается ростом удельного веса открытого способа разработки полезных ископаемых, который имеет ряд преимуществ перед подземным способом, а именно: более высокая производительность труда, меньшая себестоимость и меньшие потери полезного ископаемого, лучшие и более безопасные условия работы.

Развитие горных разработок открытым способом сопровождается ростом числа карьеров, интенсивности работ на них и увеличением их предельной глубины.

В настоящее время глубина Коркинского угольного карьера превысила 300 м, а в ближайшие годы глубина целого ряда карьеров также превысит 300 м. В проектах значительного числа строящихся и реконструируемых карьеров предусмотрено развитие работ на глубину 500 м и более (Коркинский и Бачатский угольные, Баженовский и Джетыгаринский асбестовые, Сарбайский и Качарский железорудные и ряд других).

Вместе с ростом глубины карьеров также увеличивается срок службы их бортов. В настоящее время средний проектный срок службы карьера уже превышает 30 лет. Характерной чертой современного этапа развития открытой добычи полезных ископаемых является вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными геолого-горнотехническими условиями.

Применение на карьерах мощной высокопроизводительной техники ведет к увеличению параметров элементов горных выработок и к максимальной концентрации работ. В этих условиях вопрос об определении оптимальных углов откосов и обеспечении их устойчивости на открытых разработках приобретает первостепенное значение.

Расчет ожидаемой устойчивости откосов при проектировании базируется, как правило, на весьма приближенном фактическом материале, и поэтому он нуждается в корректировке в процессе строительства и эксплуатации карьеров. Нарушения устойчивости откосов влекут за собой увеличение объемов вскрыши, непроизводительные расходы на дополнительную переэкскавацию, нарушают режим работы на карьерах, вызывают простои и аварии горнотранспортного оборудования и приносят значительный материальный ущерб.

Правильное решение вопросов обеспечения устойчивости откосов на карьерах, своевременное предупреждение возникающих деформаций откосов и корректировка углов откосов в зависимости от изменяющейся горно-геологической обстановки невозможны без постоянного контроля со стороны геолого-маркшейдерской службы горных предприятий за состоянием откосов уступов, бортов и отвалов карьеров.

Со времени издания "Методических указаний по производству маркшейдерских наблюдений за оползневыми явлениями на угольных карьерах", Углетехиздат, М., 1955, прошло более 14 лет. За это время накоплен большой опыт по изучению деформаций бортов и отвалов, исследованию физико-механических свойств и структурных особенностей массива горных пород и их влияния на устойчивость пород в откосах, исследованию особенностей развития различного типа нарушений устойчивости во времени; совершенствовались методы расчета устойчивости откосов и наблюдений за ними.

Вследствие указанного появилась необходимость в разработке "Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости".

Весь комплекс работ по обеспечению устойчивости откосов на карьерах состоит из наблюдений за деформациями откосов, расчетов устойчивости, на основе которых устанавливаются их оптимальные параметры, и разработки и осуществления мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости откосов.

В настоящей Инструкции освещены комплексные маркшейдерские и инженерно-геологические наблюдения за деформациями откосов на карьерах и основные мероприятия по предотвращению нарушений устойчивости откосов и обеспечению безопасности работ на карьерах.

Вопросы расчетов устойчивости откосов на карьерах и методика установления оптимальных параметров устойчивых бортов карьеров изложены в "Методическом руководстве по определению оптимальных углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров", ВНИМИ, Л., 1971 г., являющемся дополнением к настоящей Инструкции.

При составлении Инструкции учтены замечания Министерства угольной промышленности СССР, Министерства черной металлургии СССР, Министерства промышленности строительных материалов СССР, Министерства цветной металлургии СССР и Министерства химической промышленности СССР, институтов УкрНИИпроект, ИГД МЧМ СССР, ГИГХС, Унипромедь и Свердловского горного института им. В.В. Вахрушева, комбинатов "Челябинскуголь" и "Свердловскуголь", а также Управлений округов Госгортехнадзора СССР: Красноярского, Челябинского, Свердловского, Курско-Белгородского, Восточно-Казахстанского, Северо-Западного и Кузнецкого.

Инструкция по наблюдениям за деформациями откосов на карьерах по обеспечению их устойчивости составлена институтами ВНИМИ ( главы 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 и приложения 1 - 17 , 21 - 27 ) и ВИОГЕМ ( главы 1 , 2 , 6 и приложения 1 , 18 - 20 ).

В составлении Инструкции принимали участие: от института ВНИМИ - профессор, докт. техн. наук Г.Л. Фисенко, канд. техн. наук А.М. Мочалов, канд. геол.-мин. наук В.И. Веселков, инженеры Ю.С. Козлов и С.В. Кагермазова; от института ВИОГЕМ - канд. техн. наук А.И. Ильин, канд. техн. наук Ю.М. Николашин и инженер В.П. Будков.

 

ГЛАВА 1

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Предотвращение оползней и обрушений откосов на карьерах, а также разработка мероприятий, снижающих вредное воздействие деформаций уступов, бортов, отвалов и территорий, прилегающих к карьеру, является необходимым условием бесперебойной работы горного предприятия.

1.2. Целью комплекса работ, предусматриваемых "Инструкцией по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости", является:

а) изучение деформаций бортов карьеров, уступов и отвалов и выявление причин их возникновения;

б) установление оптимальных параметров откосов участков горных работ;

в) предупреждение оползней и обрушений откосов на карьерах, разработка и применение мер, исключающих проявление деформаций, опасных для жизни людей и влекущих за собой снижение экономической эффективности горных разработок.

1.3. Для достижения этих целей на карьерах должны проводиться систематические инструментальные наблюдения за деформациями откосов, изучение физико-механических свойств горных пород, а также геологических и гидрогеологических условий месторождения.

1.4. Для разработки противодеформационных мероприятий, предотвращающих опасное проявление деформаций откосов на карьерах, выполняются следующие виды работ:

а) проведение систематических глазомерных наблюдений за состоянием откосов в карьере и на отвалах; изучение геологических и гидрогеологических условий месторождения, изучение условий залегания породных слоев, структуры массива полезного ископаемого, налегающих и вмещающих пород, пород основания отвалов;

б) выявление зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций откосов на карьерах и организация на этих участках стационарных инструментальных наблюдений;

в) проведение инструментальных наблюдений за деформациями бортов уступов и откосов отвалов;

г) изучение возникающих нарушений устойчивости, установление их характера, степени опасности и причин возникновения, их документация;

д) составление проектов искусственного укрепления ослабленных зон и участков, контрфорсов, пригрузок откосов, специальной технологии горных работ и других мероприятий по борьбе с разрушениями откосов на карьерах;

е) систематический контроль за состоянием противодеформационных сооружений и выполнением мероприятий, предотвращающих развитие нарушений устойчивости откосов;

ж) контроль за соблюдением проектных параметров откосов уступов, отвалов и бортов карьеров; корректировка углов откосов рабочих уступов и отдельных участков рабочих бортов <*>.

--------------------------------

<*> Корректировка общих углов наклона бортов осуществляется проектной организацией на основе данных наблюдений.

 

1.5. В зависимости от горно-геологических и гидрогеологических условий разрабатываемых месторождений, срока службы карьеров, глубины разработок, горнотехнических условий и применяемого горного оборудования и механизмов на карьерах выполняется весь комплекс работ, предусмотренный настоящей Инструкцией, или часть его.

Объем работ, подлежащих выполнению на каждом карьере, определяется техническим руководством предприятия и после согласования с местным органом Госгортехнадзора утверждается вышестоящей организацией.

1.6. Общее руководство и ответственность за своевременное и качественное выполнение работ по наблюдениям за деформациями откосов и оперативному решению вопросов по обеспечению устойчивости бортов карьеров, откосов уступов и отвалов возлагаются на главного инженера предприятия.

Работы, предусмотренные настоящей Инструкцией, должны выполняться инженерами и техниками маркшейдерской и геологической специальностей, для чего в геолого-маркшейдерской службе горных предприятий должны быть предусмотрены соответствующие штаты.

1.7. На карьерах со сложными инженерно-геологическими условиями по усмотрению главного инженера предприятия в составе отделов геолого-маркшейдерской службы предприятия образуется специальная группа по обеспечению устойчивости бортов карьеров, состоящая из специалистов - горняка, маркшейдера и геолога.

Для выполнения специализированных работ, рекомендуемых Инструкцией, могут быть привлечены научно-исследовательские, проектные, учебные и производственные организации соответствующего профиля. Последнее, однако, не снимает ответственности с горного предприятия за правильное и своевременное выполнение всего комплекса работ, необходимого для обеспечения устойчивости бортов уступов и отвалов.

1.8. На карьерах различают следующие виды нарушения устойчивости уступов, бортов и отвалов: осыпи, обрушения, оползни, просадки, оплывины и фильтрационные деформации.

Осыпи характерны для всех видов горных пород, затрагивают, как правило, приповерхностную часть крутых откосов и формируются в течение значительного периода времени (несколько лет). Способствуют выполаживанию общего угла наклона борта карьера за счет уменьшения (сработки) площадок (берм) уступов. Иногда осыпи являются источником образования более крупных нарушений устойчивости (оплывин, оползней).

Обрушения (см. п. 31 приложения 1) захватывают значительные части массивов горных пород и возникают при углах откосов, превышающих 25 - 35°; активная стадия обрушений протекает практически мгновенно. Обрушения представляют наибольшую опасность для людей и механизмов, работающих на нижележащих уступах.

Оползни (см. п. 35 приложения 1) - наиболее распространенный вид нарушения устойчивости откосов, связанный с наличием в толще пород пластичных прослойков, слоев и слабых контактов; они происходят при углах наклона бортов и откосов уступов положе 25 - 35°; активная стадия оползней протекает в течение значительного времени (от нескольких часов до месяцев). Оползни вовлекают в движение значительные массы горных пород - от сотен до нескольких млн. м3; в ряде случаев оползни приводят к полному прекращению работ в карьере.

Просадки (см. п. 47 приложения 1) связаны с уплотнением высокопористых рыхлых отложений и отвальных пород под влиянием внешних пригрузок, увлажнения атмосферными осадками и консолидации. Обычно это наименее опасный вид нарушения устойчивости, однако в определенных условиях может служить причиной серьезных нарушений режима работы, аварий и травм.

Оплывины (см. п. 34 приложения 1) характеризуются перемещением в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры - пылеватых песков и глин, а также лессовидных суглинков и лессов. Оплывины захватывают значительные объемы пород, развиваются интенсивно, часто приобретая катастрофический характер.

Фильтрационные деформации, вызываемые подземными водами, разделяются 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 промежутка высачивания; наибольшее развитие процесс получает в песчаных грунтах (рис. 1).

 

Рис. 1

 

а - схема оплывающего откоса;

б - схема оплывающего откоса при "подрезанном водоупоре";

в - схема образования "козырьков нависания" при оплывании

 

Процесс оплывания песков идет относительно равномерно в том случае, когда перед откосом имеется площадка для размещения оплывающих масс песка (рис. 1а). При "подрезанном водоупоре" (рис. 1б) оплывание характеризуется резко выраженной неравномерностью, что приводит к образованию промоин, а при устойчивых сводах - к возникновению пещер.

Оплывание может явиться причиной деформаций вышележащих пород (рис. 1в).

Фильтрационный выпор - нарушение устойчивости частично подтопленных песчаных откосов, при котором приходит в движение некоторый его объем; выпор происходит под влиянием сил тяжести и гидродинамического давления, которое играет в этом процессе основную роль.

Угол затопленной части откоса, устойчивого на выпор, определяется условием:

 

, (1)

 

где - угол откоса, устойчивого на выпор,

- градиент напора,

- угол трения.

На промежутке высачивания незатопляемого откоса деформаций выпора не наблюдается.

Механическая суффозия - вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил. Суффозионные явления наблюдаются главным образом в песчаных грунтах с коэффициентом неоднородности < 15 - 20. По данным В.С. Истоминой (1957), при величинах < 10 суффозионные явления возникают лишь при весьма больших градиентах (0,5 - 1,0). Такие градиенты фильтрации в песчаных породах в практике эксплуатации карьеров встречаются крайне редко и лишь на весьма ограниченных участках, поэтому суффозионные явления - весьма редкий тип фильтрационных деформаций откосов на карьерах.

Фильтрационный вынос вдоль трещин носит эрозионный характер и может развиваться в слабосцементированных породах с характерной естественной трещиноватостью. В отдельных случаях фильтрационный вынос может привести к образованию подземных пустот и провальных воронок. Этот вид деформаций встречается редко и имеет существенное развитие лишь в слабосцементированных рыхлых песчаниках.

Из других видов деформаций откосов уступов и бортов карьеров, связанных с влиянием поверхностных и подземных вод, следует отметить поверхностную эрозию, выщелачивание и растворение пород.

Поверхностной эрозии подвержены песчано-глинистые рыхлые породы, слагающие борта карьеров. Эрозия развивается под воздействием на породы поверхностных потоков атмосферных или технических вод, а также подземных вод, вытекающих в карьер.

Выщелачиванию подземными водами чаще всего подвергаются карбонатные трещиноватые породы. Процесс выщелачивания развивается медленно, поэтому при отработке месторождений он не оказывает существенного влияния на устойчивость бортов карьеров. Однако наличие естественных карстов осложняет ведение горных работ и ухудшает устойчивость откосов, т.к. при вскрытии их возможны значительные водопритоки и вынос рыхлого заполнителя.

Наиболее существенное влияние на устойчивость бортов оказывает соляной карст, связанный с быстрым растворением солей (галита, ангидрита и др.), который может явиться причиной обрушения борта карьера.

Деформации в лессовидных породах (просадки) связаны с растворением цементирующих соединений; деформации носят локальный характер и, как правило, не оказывают существенного влияния на устойчивость бортов карьеров.

На карьерах наблюдаются также провальные явления под влиянием подземных разработок и карстовых процессов.

1.9. При анализе условий возникновения деформаций откосов различают факторы, способствующие возникновению деформаций, и причины их возникновения.

Основными факторами, способствующими развитию деформаций откосов на карьерах, являются:

а) наличие поверхностей ослабления - тектонических нарушений, поверхностей скольжения древних оползней, слабых контактов между слоями;

б) обводненность пород и слабая их дренируемость;

в) интенсивная трещиноватость отдельных участков;

г) наличие прослоев слабых глинистых пород.

Основными причинами развития деформаций откосов являются:

а) несоответствие углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов или несоответствие их высот геологическим условиям;

б) отсутствие дренажа или недостаточная его эффективность;

в) неправильное ведение горных работ (буро-взрывных, экскаваторных и др.) и очередности отработки участков;

г) неправильная оценка устойчивости откоса или принятие углов откосов без достаточного обоснования.

Указанные геологические факторы, снижающие прочность и устойчивость в откосах массива горных порол, невозможно с необходимой детальностью выявить при разведке месторождений, поэтому при определении параметров откосов в период проектирования карьера они не могут быть учтены с необходимой полнотой. Детальное изучение неблагоприятных для устойчивости откосов геологических факторов производится в период строительства и эксплуатации карьеров.

1.10. Визуальное обследование состояния откосов на карьерах проводится не реже одного раза в месяц участковым маркшейдером или геологом и включает в себя фиксирование всех признаков начинающихся деформаций откосов, геологических и горнотехнических факторов, влияющих на устойчивость откосов.

Результаты визуального обследования состояния откосов заносятся в специальный журнал осмотра состояния откосов и подписываются лицом, произведшим осмотр.

На основе этого обследования определяется объем работ по наблюдениям за деформациями откосов и обеспечению устойчивости и безопасности работ в карьере.

1.11. При выполнении наблюдений за деформациями откосов на карьерах должны соблюдаться "Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом".

В случаях, когда на бортах карьера проводятся профилировка откосов, наблюдения за выветриванием пород в уступах и натурные испытания больших призм, должна производиться предварительная оборка откосов уступов с целью предотвращения вывалов отдельных кусков породы.

 

ГЛАВА 2

 

ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ, ТРЕЩИНОВАТОСТИ

И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ МАССИВОВ

 

2.1. Изучение геологического строения и физико-механических

свойств пород

 

2.1.1. Изучение геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений, а также физико-механических свойств горных пород в период строительства и эксплуатации карьеров должно производиться с учетом изученности этих условий в период разведки месторождений и с учетом типа инженерно-геологических комплексов пород, слагающих месторождения, и их сложности ( приложения 2 , 3 ).

2.1.2. В условиях, когда откосы уступов и борта карьеров сложены комплексами крепких скальных пород, подлежат изучению трещиноватость, слоистость и сланцеватость пород, дизъюнктивные нарушения и тектонические трещины большой протяженности. Гидрогеологические факторы в этих условиях, как правило, существенного влияния на устойчивость бортов не оказывают.

2.1.3. На месторождениях, сложенных комплексами пород средней прочности, изучению подлежат факторы, указанные в п. 2.1.2 , и дополнительно - структурные особенности массива, прочность пород в образце и гидрогеологические условия месторождений. Наиболее важным гидрогеологическим показателем, оказывающим решающее влияние на устойчивость бортов карьеров, является гидростатический напор (или пьезометрический уровень) во всех точках водоносных слоев в пределах призмы возможного оползания.

2.1.4. На месторождениях, сложенных комплексом слабых глинистых и несвязных пород, подлежат изучению минералогический состав и прочность пород, склонность их к набуханию и проявлению пластических деформаций, наличие в слоистом массиве поверхностей ослабления (слабых контактов между слоями, зеркал скольжения в глинистых породах, поверхностей скольжения древних оползней) и гидрогеологические условия.

2.1.5. Основные характеристики прочности горных пород - сцепление и угол внутреннего трения - должны определяться в лабораторных условиях путем испытаний на срез или трехосное сжатие однородных малогабаритных образцов, отобранных непосредственно из свежих обнажений в карьере или из инженерно-геологических скважин в виде кусков керна.

2.1.6. Определение сопротивления сдвигу горных пород в массиве с учетом их слоистости, сланцеватости и трещиноватости производится в полевых условиях путем испытаний на срез призм горных пород размерами порядка 40 x 60 x 120 см3.

Количество натурных испытаний должно быть не менее трех для каждой разновидности пород, при этом испытаниями необходимо определять как прочность трещиноватого массива, так и прочностные характеристики по поверхности ослабления.

Натурные испытания должны проводиться по методике, изложенной в приложении 4 .

2.1.7. Величину сцепления горных пород в массиве с учетом его трещиноватости , т/м3, можно определять также по эмпирической зависимости, установленной на основании большого числа натурных испытаний:

 

, (2)

 

где H - наибольший размер области возможных деформаций (для карьеров - высота борта), м;

l - средний линейный размер блоков, ограниченных трещинами, м;

a - коэффициент, зависящий от прочности пород в куске и характера трещиноватости (a = 0 - 3 для песчано-глинистых пород и a = 3 - 10 для скальных и полускальных пород - приложение 5 );

- сцепление в куске, т/м2;

- сцепление по трещинам, т/м2.

Величины и получают по результатам лабораторных испытаний горных пород.

2.1.8. Изучение состава, физических и водных свойств, влияющих на изменение показателей сопротивления пород срезу, осуществляется по методике, освещенной в руководствах: "Методы лабораторных исследований физико-механических свойств песчаных и глинистых грунтов", М., Госгеолиздат, 1952, и "Практическом руководстве к лабораторным работам по грунтоведению и механике грунтов", М., Госгеолтехиздат, 1961.

2.1.9. Определение прочностных характеристик песчано-глинистых пород должно производиться, в основном, на приборах одноплоскостного среза, косого среза и стабилометрах. Перечень и объем лабораторных определений физико-механических свойств пород, необходимых для решения вопросов устойчивости бортов карьеров, приведены в приложении 6 .

2.1.10. Характеристики прочности скальных и полускальных пород определяются путем испытаний образцов цилиндрической формы на одноосное сжатие; высота образца должна в 2 раза превышать диаметр цилиндра. Изготовление образцов производится из керна и заключает в обрезке и шлифовке торцевых плоскостей (можно также придавать образцам и прямоугольную форму); при этом торцевые поверхности образцов должны быть параллельны между собой и перпендикулярны их продольной оси.

Величина сцепления K, кг/см2, по результатам испытаний на одноосное сжатие определяется по формуле:

 

, (3)

 

где - сопротивление одноосному сжатию, кг/см2;

- угол внутреннего трения, величина которого зависит от литологического состава и характера породы, град. (см. приложение 7 ).

Прочность скальных и полускальных, а также плотных глинистых пород можно также определять путем проведения испытаний образцов диаметром 30 - 70 мм в приборах "косого среза".

2.1.11. Определение сопротивления сдвигу по поверхностям ослабления (трещинам, слоистости, сланцеватости, тектоническим нарушениям) производится в лабораторных условиях на специальном срезном приборе, на котором раздельно создаются нормальные и касательные усилия, или в полевых условиях - путем натурных испытаний. Приближенные значения углов трения по поверхностям ослабления можно выбирать из приложения 8 .

2.1.12. Схема проведения испытаний песчано-глинистых пород должна отвечать двум основным требованиям:

а) испытуемый образец по возможности должен иметь такое исходное состояние (плотность-влажность), которое он будет иметь в борту карьера, основании отвала или самом отвале;

б) исходное состояние образца должно сохраняться до конца проведения испытания, что достигается проведением испытаний на срез по схеме быстрого среза (общая продолжительность опыта не более 8 - 10 мин.).

В производственных условиях, при отсутствии стабилометров, испытания на срез можно проводить в одноплоскостных рычажных приборах и приборах "косого среза".

2.1.3. При эксплуатации карьеров отбор образцов песчано-глинистых, полускальных и скальных пород следует производить непосредственно в карьере из свежих обнажений откосов уступов с учетом охвата всех литологических разностей. Отбор образцов производится в виде монолитов размерами 20 x 20 x 30 см3.

Отбор образцов горных пород может производиться также из инженерно-геологических скважин, пробуриваемых в случаях, когда карьерное поле недостаточно разведано и горными работами полностью не вскрываются породы, для которых показатели физико-механических свойств отсутствуют.

2.1.14. Инженерно-геологические скважины следует располагать вблизи границ карьерного поля и на первоочередных участках ведения горных работ. Их местоположение определяется в каждом конкретном случае в зависимости от сложности геологического строения и рельефа местности; скважины следует располагать так, чтобы они оказывались в пределах призмы возможного обрушения нерабочих бортов проектируемого карьера.

2.1.15. Основным требованием к методике бурения инженерно-геологических скважин в песчано-глинистых породах является обеспечение максимального выхода керна (не менее 80%) и сохранение естественной влажности и структуры образцов горных пород.

Определение физико-механических свойств скальных и полускальных пород может осуществляться по керну, отбираемому из геолого-структурных скважин.

Минимальный диаметр керна для лабораторных испытаний должен быть: для скальных пород - 40 мм, для полускальных - 55 - 60 мм, а для слабых 90 - 100 мм.

2.1.16. При бурении скважин в песчано-глинистых породах в качестве промывочной жидкости должен применяться густой глинистый раствор - для предотвращения набухания и размыва керна.

Бурение производится колонковой трубой с минимальной подачей промывочной жидкости при небольшом (120 - 180 об./мин.) числе оборотов.

Для отбора образцов сланцеватых глин, крупнозернистых и гравелистых отложений, а также современных озерно-болотных осадков целесообразно применение грунтоносов.

Методика отбора образцов из инженерно-геологических скважин и порядок их парафинирования изложены в приложении 9 .

2.1.17. Перед испытаниями на срез образцы песчано-глинистых пород, которые в процессе отбора могли разуплотниться, выдерживаются в уплотнителях под природными напряжениями до полной стабилизации; неразуплотненные породы срезаются без предварительного уплотнения.

Природные напряжения в массиве , т/м2 песчано-глинистых пород определяются умножением объемного веса пород , т/м3 (средневзвешенного по мощности в слоистом массиве) на глубину отбора образцов H, м: = H. При определении природных напряжений должно учитываться взвешивание горных пород, залегающих ниже депрессионной поверхности подземных вод.

2.1.18. Испытания на срез песчано-глинистых пород производятся при 3 - 4-х нормальных нагрузках, из которых максимальная должна составлять не менее 80% от природной нагрузки, а минимальная - 15 - 20%. Все испытания на срез производятся по схеме быстрого среза во избежание оттока поровой воды; касательные нагрузки при срезе даются ступенями через 1 мин., а отсчет деформации производится через 30 сек.

2.1.19. Сопротивление срезу глинистых пород с учетом набухания в откосах определяется путем испытания образцов, которые выдерживаются в уплотнителе под водой при нескольких величинах нагрузок (обычно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 кг/см2); нормальная нагрузка при срезе набухших образцов, во избежание отжима воды и выдавливания породы в зазор между коробками, уменьшается на 20 - 30% по сравнению с нагрузкой в уплотнителе. Необходимое число таких испытаний составляет 3 - 4 при каждой нормальной нагрузке.

2.1.20. Сопротивление сдвигу по контактам и трещинам можно определять также в лабораторных условиях путем проведения испытаний на сдвиг образцов пород в рычажных одноплоскостных приборах по схеме повторного сдвига.

2.1.21. Испытания глинистых пород сопровождаются определением напряжений, вызывающих незатухающие пластические деформации (предела ползучести).

Определение предела ползучести можно производить одним из упрощенных способов, изложенных в приложении 10 .

2.1.22. Определение сопротивления срезу отвальных пород глинистого состава производится на обычных срезных приборах. Из отобранных образцов изготовляется стружка размером 2 - 5 мм, которая укладывается в уплотнители и выдерживается в течение 1 - 2 часов при 3 - 4-х нормальных нагрузках, в зависимости от величины напряжения, испытываемого породой в отвале. При селективном отвалообразовании испытаниям подвергаются все литологические разности, а при валовой отсыпке изготовляется смесь в пропорции, отвечающей соотношению пород в геологическом разрезе.

Нормальные напряжения при срезе задаются таким образом, чтобы во время опыта не происходило отжима воды, рассеивания порового давления и дополнительного уплотнения образцов.

Максимальное нормальное напряжение при испытании отвальной массы задается, исходя из двух условий:

а) отвальные породы срезаются при напряжениях, которые испытывает порода в отвале;

б) предельным сопротивлением срезу глинистых отвальных пород считается сопротивление, соответствующее нормальному напряжению, при котором начинается отжим воды; испытание отвальных пород при больших напряжениях нецелесообразно.

В связи с тем, что в нижней части отвалов возможно дополнительное увлажнение, которое приводит к уменьшению сопротивления срезу, испытания одних и тех же пород следует проводить при 2 - 3-х значениях влажности, превышающей естественную на 2 - 6%.

2.1.23. Испытания отвальных пород, представленных смесью глин и грубообломочных твердых пород, необходимо производить в приборах с увеличенной площадью среза; рекомендуется соотношение диаметра срезной коробки и диаметра наиболее крупных твердых включений не менее 15.

По результатам испытаний литологических разностей и смесей отвальных пород строятся графики сопротивления срезу в зависимости от нормальных нагрузок, которые используются при расчете устойчивости отвалов.

2.1.24. С целью прогнозирования проявления на карьерах фильтрационных деформаций (оплывания, механической суффозии, фильтрационного выпора и выноса вдоль трещин), а также деформаций, связанных с прорывом подземных вод, кроме изучения механических характеристик ( п. п. 2.1.17 - 2.1.22 ), дополнительно определяются: гранулометрический состав песчаных пород (для определения коэффициента неоднородности), коэффициент фильтрации песков и песчаных глин, величины напоров водоносных горизонтов.

2.1.25. На соляных карьерах для получения исходных данных о процессах выщелачивания и растворения пород следует определять химический состав растворимых пород и цементирующего материала и химический состав подземных вод.

Методика получения перечисленных исходных величин изложена в "Справочном руководстве гидрогеолога", Л., Гостоптехиздат, 1959.

2.1.26. Все данные о геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностях участков карьерного поля, а также физико-механических свойствах горных пород отражаются на детальных инженерно-геологических погоризонтных картах и поперечных разрезах, ориентируемых в направлении, перпендикулярном простиранию соответствующих участков борта карьера. Для составления погоризонтных карт и разрезов в качестве основы используется существующая на предприятии маркшейдерско-геологическая документация.

2.1.27. Погоризонтные инженерно-геологические карты составляются не реже чем через 50 м по высоте, на рабочей основе маркшейдерских планов горных работ масштаба 1:2000 и непрерывно пополняются по мере отработки очередных заходок. Одновременно составляются и пополняются инженерно-геологические разрезы вкрест простирания слоев пород (или простирания литологических разностей изверженных и метаморфических пород).

Первичными материалами к составлению инженерно-геологических карт и разрезов являются инженерно-геологические съемки и зарисовки.

Погоризонтные инженерно-геологические карты и разрезы являются основными исходными документами для прогнозирования изменения с глубиной и по простиранию всех инженерно-геологических факторов, влияющих на устойчивость бортов карьеров, решения оперативных вопросов обеспечения устойчивости бортов карьеров и откосов уступов и составления проектов реконструкции карьеров.

 

2.2. Изучение структурных особенностей массива

 

2.2.1. Изучение структурных особенностей горных пород, слагающих месторождение, основывается на материалах разведки месторождения и полевых наблюдений в карьере и включает:

а) определение направления и характера основных поверхностей ослабления (тектонических нарушений, контактов между слоями и пр.);

б) определение протяженности и ориентировки в пространстве основных систем трещин;

в) установление интенсивности трещиноватости горных пород;

г) выделение участков карьера с характерными структурными особенностями.

2.2.2. При исследованиях устойчивости бортов карьеров различают два вида трещин: сплошные трещины большого протяжения (до 10 м и более) и трещины малые, или трещины отдельности. Трещины отдельности являются более частыми, чем сплошные трещины; ими, в основном, определяются форма и размеры элементарных блоков горной породы; трещины от?