Приложение 15. Результаты наблюдений за процессом осыпания пород в откосах уступов

Приложение 15

Результаты наблюдений за процессом осыпания пород в откосах уступов

Осыпание пород с поверхности происходит под влиянием процесса выветривания пород, ведущего к снижению их прочности и дроблению пород, вследствие образования новых многочисленных трещин, на мелкие блоки и куски различной формы - щебень и древесину.

В таблице 1 приведены данные изменения размеров блоков пород в откосах уступов Бачатского карьера.

Таблица 1

Литологическое наименование пород	Средние размеры блоков
	в глубине массива	осыпающихся с откосов
Песчаники мелкозернистые	10x25 см (18 см)	4x4 см, 1x0,5 см
Алевролиты	8x26x12 см (15 см)	3x5x0,5 см 0,5x1 см
Аргиллиты	3x20 см (10 см)	1x1x1 см, 0,5x1 см
Уголь мелкотрещиноватый	2x25 см (7 см)	3x4 см, 2x3 см
Уголь крупноблоковый	40x115х35 см	4x4 см, 5x5 см

Ввиду того, что порода на поверхности откоса представлена мелкими блоками и испытание ее обычными способами невозможно, прочность мелкотрещиноватых пород угольных месторождений - аргиллитов, алевролитов, глинистых песчаников и углей - определялась либо в лабораторных условиях - путем испытания образцов неправильной формы на одноосное сжатие, либо в полевых условиях с помощью динамического пробника (см. приложение 14). В последнем случае по графику зависимости между относительной механической прочностью и прочностью пород в образце (Kк) определялось сцепление. В таблице 2 приведены данные по прочности пород на поверхности осыпающихся откосов в сравнении с прочностью невыветрелых разностей в глубине откоса (на примере Бачатского карьера). Из таблицы 2 видно, что критическая прочность (сцепление в образце) алевролитов, ожелезненных алевролитов и мелкозернистых песчаников в 4-6 раз, а аргиллитов - в 20 раз меньше их первоначальной прочности.

Таблица 2

Литологическое наименование пород	Время стояния уступа в годах	Угол откоса уступа без учета осыпи	Сцепление пород в образце на поверхности откоса ,
Аргиллиты	1	50°	0,5 9,6 (в глубине массива)
Аргиллиты	7	50°	0,4
Алевролиты	0,5	75°	15,6-230 (невыветрелые)
Алевролиты	7	62°	3,7
Алевролиты ожелезненные	0,5	70°	20-65 (невыветрелые)
Алевролиты ожелезненные	7	70°	9-10
Песчаники мелкозернистые			13,6-27* (невыветрелые)
Песчаники мелкозернистые	10	90°	3,0-4,5

______________________________

* По испытаниям образцов из скважин.

Время достижения критической прочности на поверхности откосов составляет 1-2 месяца для аргиллитов (), 1 год - для тектонически интенсивно нарушенных известняков (при ), 2-3 года - для плотных монолитных известняков . На рис. 1 приведены графики зависимости критической прочности пород слоистой толщи от угла откоса; значения критической прочности переслаивающихся пород близки между собой.

Вследствие осыпания пород с поверхности откосов уступы карьеров, сложенные скальными и полускальными породами и имеющие первоначально крутые углы, со временем выполаживаются до 38-45°. В одних породах выполаживание уступов до угла естественного откоса пород осыпи происходит за несколько лет (таблица 3), в других за время существования карьера отмечается лишь небольшое осыпание.

Интенсивность осыпания в значительной степени зависит от способа заоткоски уступа при постановке его в предельное положение. В таблице 3 приведены данные съемки профилей уступов, специальной заоткоски которых не производилось.

Как следует из приведенных данных (таблица 3), при взрывании вертикальных скважин уступы, сложенные породами угленосной толщи, высотой 12-15 м, выполаживаются до угла естественного откоса за довольно короткий срок - 8-10 лет; при этом максимальная сработка бермы составляет 7 м, а нижняя граница осыпи передвигается на 4-5 м. Следовательно, полное уменьшение бермы за счет осыпания вышележащего уступа и за счет перемещения верхней бровки нижележащего уступа вследствие осыпания составляет при выполаживании откоса до 38-40° - 12 м.

Короткозамедленное взрывание при подходе к предельному контуру, наклонные заоткашивающие скважины, экранирующие отрезные щели и др., ведут к значительному снижению нарушенности массива за предельным контуром (таблица 4, рис. 2) и к уменьшению интенсивности осыпания.

x

Довольно отчетливо прослеживается зависимость интенсивности осыпания пород в откосе от угла и направления падения слоев (таблица 3). В рассматриваемом случае простирание борта совпадает с простиранием слоистости, угол падения слоев изменяется от 90° до 50°; при этом падение слоев по отношению к борту направлено как в сторону выемки, так и в сторону массива. Наименьшее отступание верхней бровки, при прочих равных условиях, отмечается в тех уступах, где слои имеют крутое падение под углом 60-90° в сторону выемки, и составляет 2-3 м при высоте уступа H = 8 - 10 м (профили 6, 7) и 4-5 м при высоте H = 13 - 15 м (профили 3, 4, 13). Заоткоска уступов в этом случае происходит по сплошным поверхностям наслоения (рис. 3).

Результаты наблюдений за интенсивностью осыпания некоторых разновидностей пород Бачатского карьера приведены в таблице 5. Наибольшая интенсивность осыпания, при прочих равных условиях, отмечается в аргиллитах - алевролитах - до 7-8 см в год, наименьшая, практически равная нулю, - в кремнисто-глинистых сланцах, плотных крупноблоковых углях и крепких мелкозернистых песчаниках.

Таблица 3

Изменение со временем профилей уступов, сложенных породами угленосной толщи (Бачатский карьер)

Номер профиля съемки	Высота уступа H, м	Угол падения слоев	Угол откоса			Перемещение верхней бровки уступа, м	Продвижение нижней границы осыпи, м
			уступа с учетом осыпи	уступа без учета осыпи	осыпи
2	9.8	тектон. зона	42°	90°	40°	4.0	3.0
3	13.0	-85°	45°	85°	34°	4.0	4.0
6	9.3	90°	44°	62°	36°	2.2	3.5
4	14.7	-67°	42°	67°	36°	5.0	5.0
13	15.3	-65°	44°	65°	36°	4.0	5.0
7	9.2	90°	45°	70°	36°	2.5	3.0
5	14.0	+45°		38-40°		7.0	5.5
8	9.0	+(55 + 70°)		36°		5.0	4.5
10	11.3	+60°	40°	54°	36°	4.5	4.5
12	13.0	+60°	40°	55°	36°	4.8	4.0
14	14.0	+60°	40°	52°	36°	5.5	5.0
9	10.5	+82°	42°	84°	36°	3.5	4.5

Примечание: 1. Время стояния уступов 8 лет (1956-1964 г.г.)

2. (-) - падение в карьер, (+) - падение в массив.

Таблица 4

Изменение со временем профилей уступов, сложенных выветрелыми диабазами (Блявинский карьер)

Номер профиля съемки	Высота уступа H, м	Время стояния уступа, годы	Изменение угла откоса уступа							Перемещение
			с учетом осыпи			без учета осыпи			угол откоса осыпи	верхней бровки уступа, м	нижней границы осыпи, м
					-			-
1	10	8	59°	48°	11°	65°	60°	5°	35°	1.3	1.5
2	11.4	8	59°	50°	9°	64°30'	62°30	2°	34°	0.9	1.4
3	11.2	8	50	40	10	53	46	7	34	1.8	1.8
4	12.4	8	55	45	10	60	54	6	35	1.6	1.8
5	11.3	8	57	46	11	65	55	10	35	1.8	2.0
6	11.0	12	62	50	12	71	65	6	35	1.6	1.8

Таблица 5

Номер и местоположение наблюдательной станции	Литологическое наименование пород	Угол откоса уступа без учета осыпи	Расстояние от реперов на откосе до верхней бровки	Участок между реперами	Величина осыпания, см
					за 1-ый год	средн. по станции	за 2-ой год	средн. по станции	за 3-ий год	средн. по станции	за три года
N 1, гор. 221-230 м, 2-ой уступ	Мелкозернистые песчаники	65-80°	2.0 м	N 1 - N 2	1.75	2.4	1.63	2.4	1.45	3.4	8
				N 2 - N 3	3.04		2.94		5.28
				N 4 - N 5	2.48		2.59		-
N 2, 2-ой уступ, гор. 221-230 м	Уголь мелко-трещиноватый	56°	4.5 м	N 1 - N 2	2.12	2.9	3.85	4.1	1.49	5.6	13
				N 2 - N 3	2.75		2.80		10.00
				N 3 - N 4	3.80		5.60		5.22
N 3, 2-ой уступ, гор. 221-230 м	Уголь	55°	4.0 м	N 1 - N 2	0.9	1.0	0.5	0	0.7	1.3	2
				N 2 - N 3	1.0		1.1		1.0
				N 3 - N 4	0.7		0		2.16
N 4, 2-ой уступ	Аргиллиты, алевролиты	54°	3.0 м	N 1 - N 2	8.01	7.5	3.55	5.5	7.81	6.0	19
				N 2 - N 3	6.52		6.04		4.27
				N 3 - N 4	6.83		6.0		-
				N 4 - N 5	8.50		6.3		-
N 5, 1-ый уступ, гор. 231-247 м	Песчаники мелкозернистые	90°	9.5 м	N 1 - N 2	1.27	0	0	1.3	0	1.0	2
				N 2 - N 3	0		1.0		0
				N 3 - N 4	0		3.0		2.32
Краснобродский карьер	Кремнисто-глинистые сланцы	90°		N 1 - N 2	0	0	-		-
				N 2 - N 3	0		-		-
				N 3 - N 4	0		-		-

Примечание: Время стояния уступов до начала наблюдения - 9 лет (1956-1965 г.г.).