Проектирование противооползневых явлений
|
Оползни горных пород на карьерах причиняют огромный материальный ущерб предприятиям, нарушают нормальный технологический процесс, нередко ведут к большим потерям вскрытых и готовых к выемке запасов полезного ископаемого и вызывают необходимость многократной перевалки оползающих масс, а иногда и их отгрузки. Если параметры рабочего борта и уступов рассчитаны в соответствии с изложенной выше методикой, то их общая устойчивость должна быть обеспечена. Однако не исключено и то, что на отдельных ослабленных участках могут возникнуть оползневые очаги, ликвидацию которых можно предотвратить противооползневыми мероприятиями, среди которых следует отметить: выполаживание угла откоса уступа или борта; оставление целиков породы или полезного ископаемого в районе оползневого очага; снятие нагрузки с откоса с целью уменьшения сил, создаваемых призмой активного давления; отгрузка очага оползня; искусственное упрочнение горного массива. При проектировании противооползневых мероприятий необходимо различать случаи, когда поверхность скольжения ярко выражена в натуре (по поверхности ослабления, контактам слоев и пр.) или же является условной линией при проектировании. В первом случае поверхность скольжения может быть представлена наиболее слабыми контактами, когда напластования горных пород падают в сторону выработки. Роль поверхности скольжения играют также прослойки глинистых и суглинистых пород в однородной толще откоса. Поверхность скольжения может также проходить по смоченным контактам горных пород; здесь возникают поверхности ослабления, породы разуплотняются и их показатели сопротивления сдвигу уменьшаются и т. д. Примером такой поверхности может служить контакт песка с суглинком. Во втором случае положение поверхности скольжения не обнаруживается никакими видимыми признаками и определяется только на основании маркшейдерских наблюдений за деформациями откоса или расчетным путем. При этом невозможно установить точное положение этой поверхности, однако даже приближенное ее определение дает возможность установить характер ожидаемого оползня и принять соответствующие меры охраны. Зная положение поверхности скольжения, в зависимости от обстоятельств принимают тот или иной способ предотвращения оползня. Ниже излагаются способы проектирования противооползневых мероприятий. Выполаживание угла откоса. Сущность данного способа заключается в том, что в целях предупреждения оползня борту или откосу уступа уменьшают угол наклона до какой-то определенной величины, при которой оползания не произойдет. Расчет такого угла откоса производится последовательно для нескольких углов наклона борта (рис. ХIII.14). По результатам подсчета коэффициента устойчивости и для ряда значений угла а строится график η = f(α), по которому выбирается угол откоса с заданным коэффициентом устойчивости. В нашем случае при η = 1,5 угол наклона борта должен быть 41°.  Снятие нагрузки с призмы активного давления. При ведении горных работ в зоне действующих глубинных оползней или в зоне их возможного образования целесообразно управление устойчивостью откоса путем разгрузки призмы активного давления и, наоборот, увеличения массы призмы упора отсыпкой дамбы в ее нижней части. Эффективность метода определяется тем обстоятельством, что при небольших углах наклона борта карьера развитие оползня происходит медленно и это позволяет произвести значительные работы по перемещению горных масс с активной призмы в район пассивной призмы (призмы упора). Отгрузка очага оползня дает хорошие результаты в тех случаях, когда падение слоев направлено в сторону выработанного пространства и угол их наклона не менее 18—20°. При подрезке слоев горными работами неизбежно скольжение пород по плоскостям напластования, и поэтому для предотвращения оползня целесообразно заранее снять часть пород борта и тем самым повысить его устойчивость. Искусственное упрочнение горного массива. Необходимо выделить две стороны вопроса; упрочнение откосов, сложенных скальными и полускальными породами, и упрочнение откосов, сложенных мягкими (песчаными и песчано-глинистыми) породами. При рассмотрении искусственного укрепления скальных и полускальных откосов имеют в виду, что общее уменьшение угла наклона борта карьера вызывается не недостаточной устойчивостью всего объема пород откоса, а наличием отдельных ослабленных зон из-за неблагоприятной ориентировки слоистости, большой интенсивности трещиноватости, дизъюнктивных нарушений и пр. При выборе методов искусственного укрепления должны быть учтены технико-экономические показатели выбираемого способа повышения устойчивости откосов. Экономическое обоснование определяется оценкой эффективности мероприятий по укреплению и удалению в отвал 1 м3 породы, слагающей борт карьера. Так, при укреплении бортов глубоких карьеров, когда укрепляемая зона, как правило, находится на значительной глубине, необходимо сравнивать затраты на урепление ослабленного участка со стоимостью ликвидации обрушений пород и стоимостью восстановления проектного контура борта. Целесообразно проведение укрепительных мероприятий даже тогда, когда их стоимость несколько выше стоимости удаления объемов вскрыши, так как искусственное укрепление осуществляются без нарушения основных добычных процессов. М.А. Ревазовым предложено объем породы, подлежащей выемке, при реконструкции борта и ликвидации последствий обрушения, определять по формуле  где а — ширина обрушившейся бермы, м; h — высота от бермы до поверхности, м; L — длина обрушившегося участка, м; η — коэффициент, зависящий от конфигурации борта и принятого вида транспорта. Стоимость выемки указанного объема будет  где S0 — затраты на ликвидацию последствий обрушения с учетом ущерба неполной или частичной остановки предприятия; b — себестоимость 1 м3 вскрыши; q — коэффициент удорожания 1 м3 вскрыши при разносе борта. Стоимость укрепительных работ может быть вычислена из выражения  где by — себестоимость укрепления 1 м3 породы; Vy — объем пород, подлежащих укреплению. Таким образом, эффективность укрепительных работ равна разности стоимости работ по выемке и отгрузке объема пород, связанного с реконструкцией борта и ликвидацией последствий обрушения, и стоимости укрепления участка борта. По данным ВНИМИ себестоимость 1 м3 вскрыши на месторождениях, сложенных скальными и полускальными породами, с применением буровзрывных работ и автомобильного транспорта изменяется от 50 коп. до 2 руб., составляя в среднем 0,8—1,0 руб. Себестоимость укрепительных работ, полученная на некоторых месторождениях, приведена в табл. XIII.4. Существующие способы укрепления откосов удобно разделить на следующие группы: использующие механические принципы укрепления; использующие повышение механических характеристик путем инъекций в массив укрепляющих сред; использующие изоляцию участков откосов устойчивыми покрытиями. К первой группе относятся способы укрепления анкерной крепью, тросовыми тяжами, контрфорсными стенками и т. п. Во втором случае наиболее распространенным является способ инъекций цементного раствора. Эффективными в ряде случаев могут быть инъекции полимерных смол. Среди способов третьей группы наибольшего распространения получили покрытия торкрет-бетоном, битумом, эпоксидными смолами. Часто искусственное покрытие применяется вместе с металлической сеткой и анкерной крепью. Приведенные выше способы повышения устойчивости откосов имеют свои оптимальные условия применения. Так, железобетонные сваи наиболее надежно закрепляют участки, имеющие ярко выраженные плоскости ослабления: тектонические трещины, слоистость, зоны нарушений и т. п. К достоинствам свайного метода необходимо отнести в первую очередь, высокую их несущую способность (до 150 тс) при работе на срез и возможность укрепления участков с глубоким залеганием поверхностей скольжения.  Технология сооружения скважин включает в себя бурение скважин, изготовление и спуск в них арматуры и набивку скважины бетоном или цементным раствором. Наибольшее распространение получила гибкая арматура, состоящая из стальных прожильных стержней, связанных поперечными хомутами. Диаметр стержней может быть от 20 до 40 мм, для поперечной арматуры используется сталь диаметром 6—8 мм. После закрепления арматуры в скважине в последнюю засыпается заполнитель (щебень, гравий, песок). В качестве цемента используются все виды портландцементов, шлакопортландцементов, глиноземистых цементов и пр. При укреплении участков, сложенных сильнотрещиноватыми породами, целесообразно производить нагнетание в массив укрепляющего цементного раствора. Упрочнение горных пород путем инъекции цементного раствора и других материалов проводится в горных породах, обладающих хорошей водопроницаемостью. Наилучший эффект цементации достигается в трещиноватых скальных породах: известняках, песчаниках, сланцах, габбро и пр., но при отсутствии в трещинах глинистых примазок. При цементации горных пород бортов карьеров необходимо, чтобы сцементированные участки не создавали условий для гидростатического напора подземных вод. Анкерная крепь обычно применяется в породах крупноблочного строения и сланцевой структуры и является простым и высоконадежным методом закрепления уступов и бортов карьеров. Длина анкеров определяется мощностью ослабленной зоны, но ограничивается технологическими возможностями ее установки. По характеру закрепления в массиве анкеры могут быть точечного и рассредоточенного закрепления. К первому типу относятся анкеры с замками распорного типа, ко второму — анкеры, у которых соединение анкера с горными породами осуществляется на всем его протяжении (железобетонные анкеры, анкеры со смолами, отчасти деревянные анкеры). Способ укрепления откосов гибкими тросами можно рассматривать как разновидность анкерного крепления. Известны случаи установки гибких тросов в скважинах длиной до 30 м. Особенно эффективны гибкие тросы в тех случаях, когда элемент крепи помимо растягивающих испытывает изгибающие напряжения. Одним из способов укрепления песчаных и песчано-глинистых откосов является метод, заключающийся в искусственном, дополнительном пригружении фильтрующих откосов слоем чистых песков, гравием или щебнем. Пригрузка по высоте откоса неравномерная: внизу наибольшая, кверху уменьшается до нуля. Перспективными для упрочнения откосов, сложенных песчаными и песчано-глинистыми породами, являются способы, использующие постоянное электрическое поле, в результате воздействия которого на супеси и пески пластичной и тугоплавкой консистенции формируются породные сваи, обладающие повышенной прочностью. Физическая сущность способа упрочнения заключается в том, что наложение постоянного электрического поля на горные породы вызывает в них явление электропереноса (перемещение между полюсами постоянного электрического поля электрически заряженных частиц). Возникающие при этом электрокинетические и электрохимические процессы снижают влажность пород, увеличивают их плотность и вызывают коагуляционно-кристаллизационные процессы, которые продолжаются без воздействия электрических полей еще 2—3 года. Для повышения экономичности способа целесообразно применение неоднородных электрических полей, в которых силовые линии сгущаются к катоду. Это достигается концентрическим расположением анодов вокруг катода. При такой схеме упрочняемый массив горных пород обретает форму сваи радиусом, равным расстоянию между разноименными полюсами. При упрочнении постоянным электрическим полем в укрепляемом борте бурятся кусты из 6 анодных скважин длиной на 10—15% больше мощности оползаемых пород. Расстояние между кустами скважин выбирается таким образом, чтобы была обеспечена устойчивость откоса. Для создания породных свай в глинах нарушенной и ненарушенной структуры с высоким содержанием тонкодисперсных частиц и весьма низким коэффициентом фильтрации эффективен способ с применением композиционного вяжущего. В этом случае бурится скважина в центре будущей сваи и в нее вводится композиционное вяжущее на основе цемента, негашеной извести и глинистых пород (40% портландцемента марки 300—350, 10% негашеной извести активностью 85—92%, 50—55% неогеновой глины). В результате взаимодействия композиционного вяжущего с породами в некотором объеме вокруг скважины происходит осушение пород, вызываемое гидратацией вяжущего материала, образование под действием адсорбционно-химических процессов водостойких и прочных гидросиликатов кальция, цементирующих дисперсные частицы. Таким образом создается скважина упроченного материала диаметром, например, 50 см при диаметре пробуренной скважины 23 см. |
