Глава 5. Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах

Глава 5

Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах

5.1. Общие положения

5.1.1. Разработка мероприятий по обеспечению устойчивости откосов на карьерах осуществляется на основе результатов наблюдений за деформациями откосов, расчетов их устойчивости и соответствующих технико-экономических расчетов и соображений.

5.1.2. Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах, сложенных скальными и полускальными породами, заключаются в основном в применении соответствующей технологии ведения буро-взрывных работ в приконтурных зонах (микрозамедленное взрывание скважин в блоке и др.), специальной заоткоске уступов (предварительное щелеобразование, гладкое взрывание) и в искусственном укреплении ослабленных участков.

Обеспечение устойчивости откосов на карьерах, сложенных глинистыми и песчано-глинистыми породами, заключается в основном в эффективном дренаже, обеспечении стока поверхностных вод, пригрузке фильтрующих участков откосов.

Для обеспечения устойчивости откосов отвалов эти мероприятия заключаются в основном в дренаже песчано-глинистого основания и в установлении допустимого по условиям устойчивости общего угла разгона ярусов.

5.1.3. На выполнение всех мероприятий по обеспечению устойчивости откосов на карьерах должен быть составлен специальный проект, утверждаемый главным инженером предприятия.

В проекте отражаются:

- ожидаемые деформации откоса;

- ожидаемый ущерб от этих деформаций;

- наиболее целесообразные меры предотвращения деформаций;

- затраты на выполнение противодеформационных мероприятий и технико-экономическое обоснование предусматриваемых мероприятий.

После выполнения каждого из предусмотренных в проекте мероприятий составляется акт, утверждаемый главным инженером предприятия.

5.2. Заоткоска уступов в их предельном положении

5.2.1. Заоткоска уступов в их предельном положении под углами, соответствующими свойствам пород и характеру их трещиноватости, является одним из основных мероприятий, обеспечивающих длительную устойчивость нерабочих бортов или их участков, поставленных в предельное положение. Приближенные значения углов откосов нерабочих уступов даны в приложении 16.

5.2.2. Заоткоска уступов в их предельном положении осуществляется:

а) в скальных и полускальных породах - специальными заоткашивающими скважинами диаметром 80-100 мм, расстояние между которыми не должно превышать 3-х м и в каждом конкретном случае устанавливается опытным путем;

заоткашивающие скважины бурятся по линии предельного контура карьера под углами, равными углам откосов уступов (см. приложение 16); допускается взрывание заоткашивающих скважин предварительное (предварительное щелеобразование) и после взрывания основных зарядов (гладкое взрывание); методика производства буро-взрывных работ при специальной заоткоске уступов в предельном положении изложена в приложении 17;

б) в слабых глинистых и песчано-глинистых породах - драглайнами, а также мехлопатами со специальными насадками на зубьях.

5.3. Укрепление слабых участков откосов на карьерах

5.3.1. Отдельные участки откосов уступов в их положении на предельном (проектном) контуре, сложенные скальными и полускальными породами интенсивной трещиноватости или ослабленные неблагоприятно расположенными трещинами, дизъюнктивными нарушениями, слабыми контактами между слоями пород, должны укрепляться. Для укрепления откосов скальных и полускальных пород следует применять:

а) способы механического удержания призмы обрушения, к которым относятся укрепление штанговой крепью, шпунтами, железобетонными сваями, гибкими тросовыми тяжами, а также подпорными, защитными и контрфорсными стенками. Эти способы применяются самостоятельно и комплексно;

б) способы по улучшению прочностных свойств массива путем инъекции в массив укрепляющих растворов; из этих способов наиболее широко распространена цементация;

в) способы, при которых слагающие откосы породы, склонные к быстрому и интенсивному выветриванию, выщелачиванию или дефляции, изолируются с помощью устойчивых покрытий торкрет-бетоном, шприц-бетоном, битумом, карбамидными, формальдегидными и эпоксидными смолами; способы могут применяться также в сочетании с металлической сеткой и штангами.

В таблице 1 даны условия применения способов укрепления откосов в скальных и полускальных породах. Основные методы искусственного укрепления откосов на карьерах изложены в "Методическом руководстве по искусственному укреплению откосов скальных и полускальных пород на карьерах", изд. ВНИМИ, Л., 1967.

5.3.2. Фильтрующие участки откосов песчано-глинистых пород укрепляются гравийно-щебеночной пригрузкой фильтрующего участка откоса; схемы пригрузки изображены на рис. 17, 18.

Таблица 1

Применяемые способы	Метод укрепления	Условия применения способов
1. Способы механического удержания	Железобетонные сваи (иногда с последующей цементацией массива)	Массивы со слаборазвитой трещиноватостью, поверхности ослабления падают в выработанное пространство под углами 25-45°
	Штанги и гибкие тросовые тяжи	Крупноблоковые маловыветрелые массивы и сланцеватые породы с падением в сторону выемки под углами 25-55°
	Защитные подпорные и контрофорсные стенки	Сильнонарушенные массивы сложной структуры с переслаиванием пород
2. Упрочнение пород	Цементация (иногда в комбинации с железобетонными сваями), нагнетание в массив укрепляющих растворов из полимерных веществ	Гравий и крупнозернистые пески с удельным водопоглощением более 0,1 л/мин, трещиноватые скальные породы
3. Изолирующие покрытия	Торкретирование или набрызг, битумизация, изоляция с помощью полимерных смол	Породы, склонные к интенсивному поверхностному выветриванию или выщелачиванию, песчаные откосы

5.3.3. Для предотвращения эрозии откосов песчаных и песчано-глинистых пород необходимо покрывать их растительным слоем или торфом с посевом трав. Предотвращение размывания и эрозии песчано-глинистых откосов стекающими потоками дождевых вод достигается также путем устройства упорядоченных стоков дождевых и талых вод с площадок уступов. Для этой цели площадкам уступов придается уклон в сторону водоотводной канавы, располагаемой в основании вышележащего откоса и имеющей уклон 3-5% к поперечным канавам, в которых уложены железобетонные трубы для спуска воды на нижележащую площадку.

Размываемые участки водосточных канав укрепляются железобетонными лотками.

5.4. Обеспечение общей устойчивости бортов карьеров, уступов и отвалов

5.4.1. Нарушения общей устойчивости значительных участков бортов, уступов и отвалов возникают в тех случаях, когда сдвигающие силы, действующие по наиболее слабой поверхности, по величине становятся равными удерживающим силам, т.е. при возникновении состояния предельного равновесия:

(23)

где - сумма сдвигающих сил;

и - величины сцепления и коэффициента внутреннего трения массива пород;

- протяженность площадок поверхности скольжения с характеристиками и ;

- нормальная составляющая веса вышележащих пород, опирающихся на площадку ;

- сила гидростатического давления на площадку .

5.4.2. При решении вопроса о мерах по предотвращению развития выявленного инструментальными маркшейдерскими наблюдениями начавшегося оползня должны быть установлены основные факторы и причины, вызвавшие появление деформаций, а также тип оползня.

5.4.3. Если причиной начавшейся деформации большого участка борта является несоответствие углов наклона борта или его высоты (например, при увеличении общей высоты рабочего борта при погружении пласта или повышении отметок земной поверхности) геологическим условиям, то в этом случае необходимо придавать борту более пологий угол наклона.

Если при аналогичных условиях на деформацию борта оказывают влияние и напорные воды, имеющиеся в его основании, то первой мерой предотвращения развития деформаций является снятие напоров.

5.4.4. Если факторами, способствующими развитию опасных (неизбежно приводящих к обрушениям и оползням) деформаций большого участка борта являются местные неблагоприятно залегающие нарушения прочности массива - тектонические нарушения, поверхности скольжения древних оползней, контакты между литологическими разностями и т.д., то в этих случаях должны применяться мероприятия локального характера:

а) разгрузка призмы активного давления в пределах участка, ограниченного поверхностью ослабления;

б) прогрузка призмы выпирания;

в) создание контрфорсов и упоров.

5.4.5. В ряде случаев опасные деформации больших участков бортов карьеров, уступов и отвалов вызываются обводненностью земной поверхности, площадок уступов, подошвы карьера и основания отвалов; основной мерой предотвращения деформаций откосов в этих условиях является своевременное осушение земной поверхности вблизи карьера и обеспечение стока воды с площадок уступов, подошвы карьера и основания отвалов.

5.4.6. Для предотвращения развития начавшегося оползания больших участков отвалов необходимо или уменьшать их общую высоту, или уменьшать общий угол разгона ярусов отвалов с таким расчетом, чтобы соотношение удерживающих и сдвигающих сил, действующих по поверхности скольжения, возросло на 10-15% по сравнению с тем положением, при котором наблюдениями зафиксированы начавшиеся деформации.

Оценка устойчивости отвалов (установление соотношения удерживающих и сдвигающих сил, действующих на поверхности скольжения) выполняется на основе расчетов, методика выполнения которых изложена в "Методическом руководстве по определению оптимальных углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров", ВНИМИ, Л., 1971.

5.4.7. В тех случаях, когда по ряду обстоятельств трудно или невозможно предотвратить развитие оползней отвалов, инструментальными наблюдениями должна быть ограничена призма возможного оползания, на которой не должно размещаться оборудование, используемое при отвалообразовании; для этих условий разрабатывается специальная технология отвалообразования, обеспечивающая безопасность работ на оползающем отвале.