Устойчивость горных пород

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРА

УСТОЙЧИВОСТЬ горного объекта — способность горного объекта функционировать с заданными параметрами в определённых условиях в течение требуемого отрезка времени.

Понятие устойчивости в горном деле в большинстве случаев рассматривается применительно к горным породам, а исходя из этого — к массивам горных породискусственного происхождения (закладочным), к устойчивости обнажений кровли, устойчивости горных сооружений (выработок). Под этим подразумевается способность горных пород обеспечивать их функционирование с эксплуатационными характеристиками в течение заданного срока службы. Устойчивость зависит от прочностных свойств горных пород и действующих на соответствующие объекты нагрузок. Горные породы по устойчивости подразделяются на весьма неустойчивые (не допускающие их обнажения без укрепления), неустойчивые (требующие укрепления вслед за обнажением), средней устойчивости (допускающие обнажение на больших площадях и требующие со временем укрепления), устойчивые (допускающие обнажение на значительных площадях и требующие локального укрепления), весьма устойчивые (не требующие укрепления).

Свойства горных пород в массиве из-за его сложности и трещиноватости в разных направлениях неодинаковы, они изменяются во времени (реологические изменения) и в зависимости от характера прикладываемых нагрузок. Действующие на массив нагрузки обусловлены природными факторами (собственный вес пород, давление напорных вод, набухание горных пород и т.п.) и технологическими воздействиями (пригрузка оборудованием, ведение взрывных и других работ).

Сложность учёта происходящих в массиве изменений и несовершенство существующих расчётных методов приводят к необходимости эксплуатировать сооружения с определённым коэффициентом запаса устойчивости (К), представляющим собой отношение удерживающих и разрушающих (сдвигающих) сил, вызванных природными и технологическими нагрузками. В зависимости от срока службы породного обнажения или сооружения устанавливаются различные значения К., например, на карьерахдля рабочих уступов К-1,2, для уступов со сроком службы более 5 лет К-1,5 и более. С увеличением значения К резко возрастают затраты на создание породных сооружений и их эксплуатацию, поэтому стремятся различными способами уменьшить его (см. Управление горным давлением, Управление состоянием горного массива). Устойчивость контролируется путём визуальных наблюдений и инструментальных замеров видимых деформаций и напряжений в массиве, а также с помощью акустической диагностики.

При открытой разработке заведомо устойчивое состояние обеспечивается уменьшением высоты и крутизны обнажения, укреплением массива инженерными методами или искусственным увеличением прочности пород (для перевода массива в неустойчивое состояние предпринимаются обратные действия). Повышение устойчивости может быть достигнуто и в случае, если массив в процессе отработки поддерживать в объёмном напряжённом состоянии путём создания бокового распора за счёт сближения сопрягаемых бортов карьера или их подпора внутренним отвалом и насыпями. При этом на участках взаимного влияния сопряжений, равных высоте борта, отмечается приращение коэффициента запаса устойчивости. Увеличение или уменьшение высоты и крутизны обнажения, а также создание бокового распора может быть осуществлено обычными технологическими приёмами с помощью эксплуатируемого оборудования. Укрепление природных массивов инженерными методами широко применяется только при постановке бортов карьеров в предельное положение. К ним относятся: механическое удержание частиоткоса по слабой поверхности с помощью железобетонных свай, штанг и гибких троссовых тяжей (при крупноблочном строении массива); упрочнение сильнотрещиноватых и сыпучих пород цементацией и нагнетанием растворов из полимерных веществ; изолирование поверхности откоса,склонного к интенсивномувыветриванию или выщелачиванию нанесением на него слоя торкрет-бетона, шприц-бетона или полимерных плёнок. Укрепление техногенных массивов осуществляется главным образом в процессе отсыпки отвала путём внесения в отвальную массу укрепляющих добавок, создаётся также дренирующий слой в основании. Целесообразность применения инженерных методов упрочнения оценивается сопоставлением затрат на выполнение этих работ с затратами на ликвидацию возможных нарушений устойчивости массива.