Маркшейдерские наблюдения за деформациями откосов бортов и отвалов на открытых горных разработках

Опасность деформаций и нарушений устойчивости бортов и ус­тупов карьера, а также отвалов необходимо оценивать на ос­новании систематических наблюдений состояния обнажений, на изучении физико-механических свойств горных пород, инженер­но-геологических и гидрогеологических условий эксплуатации карьера.

Основной целью этих работ является определение мест про­явления и размеров деформаций пород, слагающих обнажения и отвалы карьера, а также установление причин их возникно­вения. Оценка степени опасности деформаций, а также прогноз их развития позволяют предупредить аварийные ситуации и несчастные случаи.

Определение размеров деформаций пород на нарушенных участках, контроль за их развитием с учетом времени может производиться как прямыми, так и косвенными методами.

Прямые (маркшейдерские) методы используются для не­посредственного измерения размеров сдвижений и деформаций. К ним можно отнести:

1) наблюдения по профильным линиям реперов и измере­ния абсолютных значений сдвижений и деформаций пород;

2) наблюдения и измерения относительных деформаций;

3) метод геодезических засечек для определения размеров смещений пород в местах; неудобных для закладки профиль­ных линий реперов, а также при невозможности нахождения людей на нарушенном участке;

4) топографические съемки оползневых участков, в том числе с применением наземной стереофотограмметрической и аэрофотопографической съемок.

Косвенные методы основаны на измерении физических характеристик горного массива с использованием радиометри­ческих, электрометрических, ультразвуковых и других спосо­бов, позволяющих оценить изменение напряженного состояния массива горных пород в прибортовой зоне для прогноза вероят­ности обрушений. Эти методы наиболее целесообразны, если обрушение происходит в крепких породах при небольших раз­мерах предельных деформаций. К косвенным методам относят и изучение геологических и гидрогеологических условий экс­плуатации карьера, а также физико-механических свойств гор­ных пород.

 

4.4.1 Маркшейдерские инструментальные наблюдения за устойчивостью откосов уступов и бортов карьеров включают:

- составление проекта наблюдательной станции;

- закладку наблюдательной станции;

- проведение начальных наблюдений;

- производство периодических маркшейдерско-геодезических измерений;

- камеральную обработку результатов наблюдений, вычисление параметров процесса деформирования;

- составление ведомостей, характеризующих процесс деформирования откосов;

- построение графической документации (графиков и разрезов);

- составление паспортов деформаций;

- анализ результатов наблюдений и оценку устойчивости откосов карьеров;

- участие в разработке технических мероприятий, обеспечивающих устойчивость откосов и безопасное ведение горных работ.

Кратко разберем (повторим) перечисленные положения маркшейдерских наблюдений за устойчивостью карьерных откосов, которые мы рассматривали ранее в курсе «Геомеханика», но с акцентом маркшейдерского обеспечения безопасности горных работ.

Составление проекта наблюдательной станции должно осуществляться на стадии проектирования горных работ и входить в состав проекта строительства горного предприятия. В противном случае такой проект составляет маркшейдерская служба.

Основанием составления проекта наблюдательной станции карьера (отвала) является положение горных работ по состоянию на конец отработки.

Маркшейдерские наблюдательные станции, состоящие из профильных линий реперов, закладывают в том случае, когда необходимо получить абсолютные величины смещений и де­формаций прибортового массива для установления типа оползня или обрушения и прогноза его развития с учетом вре­мени. Перед закладкой наблюдательных станций необходимо провести анализ участков карьера с точки зрения инженерно-геологических условий. Профильные линии создаются в местах с косвенными признаками оползневых явлений или обрушений. Такими признаками являются:

а) подрезка горными работами слабых контактов, филь­трующихся пород, поверхностей тектонических трещин и на­рушений, имеющих наклон в сторону выработанного простран­ства и простирание, приблизительно параллельное фронту борта;

б) вскрытие карьера слабых пластичных, обводненных по­род основания борта, а также укладка пород отвала на на­клонное основание или на слабые, обводненные породы;

в) при размещении на бортах и уступах карьера не пре­дусмотренных проектными расчетами отвалов пустых пород, тяжелого горнотранспортного оборудования, при производстве в карьере массовых взрывов большей чем по проекту единич­ной мощности;

г) при несоблюдении установленных проектными расчетами геометрических параметров уступов, бортов и отвалов карьера.

Перед закладкой наблюдательной станции маркшейдер раз­рабатывает ее проект, в котором обосновываются и устанавливаются: расположение и конструкции профильных линий, мето­дика и объем наблюдений. Наблюдательная станция, проекти­руемая на потенциально опасном участке, должна состоять из двух или более профильных линий, располагаемых посередине этого участка перпендикулярно фронту борта карьера или от­вала.

На каждой профильной линии закладывают опорные и ра­бочие реперы. При расположении профильной линии на борту карьера (рис. 4.1) опорные реперы располагают на верхней и нижней площадках борта парами на расстоянии друг от друга не ме­нее 20 м. Расстояние от опорного репера до верхней бровки откоса борта принимают равным 2Н, где Н—высота борта, а от нижней бровки откоса до опорного репера на нижней пло­щадке — 0,3 Н. На нижней площадке, а также на верхней в пределах ширины призмы возможного обрушения , равной 0,8 Н, расстояние между рабочими реперами принимают рав­ным 5—15 м, а за пределами призмы это расстояние увеличи­вают до 30 м. На каждом уступе откоса борта закладывают не менее двух рабочих реперов.

 

Рис. 4.1 Профильная линия реперов на борту карьера: 1 — потенциальная поверхность скольже­ния; 2 — рабочий репер; 3 — опорный ре­пер

Рис. 4.2 Профильная линия реперов на отвалах

При закладке профильной линии на отвалах (рис. 160) опорные реперы на верхней площадке располагают на расстоя­нии от верхней бровки не менее высоты отвала, а в его основании — в 100 метрах от нижней бровки. Расстояние между рабочими реперами принимают равным, не более половины ши­рины одной заходки отсыпки отвала А.

После закладки реперов до начала процесса сдвижения вы­полняют две серии наблюдений, позволяющие получить исход­ное их положение. Определяется периодичность последующих наблюдений. В начальный период необходимо произвести оценку скорости деформирования прибортового массива. Для этого раз в месяц делают 3—4 наблюдения. В дальнейшем, если скорость смещения оползня меньше 1 мм в сутки и про­должает уменьшаться, то наблюдения можно производить два раза в год. Если же скорость смещения 1 мм в сутки, то рекомендуется проводить наблюдения ежемесячно. Для определе­ния критических скоростей смещений, предшествующих обру­шению или сползанию оползня, период наблюдений увеличива­ется до недель и даже дней. При скорости более 10 мм в сутки, наблюдения производятся ежедневно. Учитывая трудоемкость измерений и довольно большую их частоту, наблюдения можно выполнять по сокращенной программе (нивелированием репе­ров, расположенных в пределах вероятной призмы обрушения).

Высотные отметки реперов определяют геометрическим или тригонометрическим нивелированием, причем геометрическое нивелирование применяют при выдержанных склонах с накло­ном до 25—30°.

Нивелирование рабочих реперов, контроль положения опор­ных реперов, который должен выполняться в каждой серии на­блюдений с помощью измерения превышений между ними, вы­полняются по методике нивелирования III класса. При геомет­рическом нивелировании все рабочие реперы используются в качестве связующих. Тригонометрическое нивелирование при­меняют для определения смещений реперов, расположенных на соседних уступах.

Измерение расстояний между реперами выполняют сталь­ными компарированными рулетками по методике полигонометрии 1 разряда, а также светодальномерами типа МСД1М, СТ5 «Блеск» и др.

Камеральная обработка включает проверку и соответст­вующую обработку полевых журналов, вычисление горизон­тальных расстоянии между реперами.

Полный объем обработки результатов наблюдений по про­фильной линии включает вычисление горизонтальных и верти­кальных смещений, построение векторов полных смещений, вы­числение горизонтальных деформаций и относительного сдвига.

Вычисление горизонтальных и вертикальных смещений реперов, горизонтальных деформаций интервалов производят по формулам (VI.3.3— VI.3.9).

По профильной линии строят вертикальный разрез борта карьера (рис. 161), на котором показывают начальное положе­ние рабочих реперов. Затем откладывают векторы вертикаль­ных и горизонтальных смещений реперов. При небольших сме­щениях и масштаб векторов принимают крупнее, чем масштаб разреза. Если значения величин и выражены на чертеже в масштабе разреза, то этот масштаб принимают и для построения векторов.

Вектор полных смещений b — замыкающая векторов и . На разрезе для всех реперов строят векторы полных смещений. Значения b измеряют в разрезе или вычисляют по формуле

Направление векторов полных смещений используют для оценки вероятного положения в прибортовом массиве поверх­ности скольжения оползня.

Для построения этой поверхности необходимо сначала оп­ределить положение точек выхода поверхности скольжения на верхней (точка А) и нижней (точка В) площадках борта карьера.

Положение точки А определяется из измерений, так как она относится к местам максимальных разрывов и уступов, обра­зующихся на поверхности верхней площадки борта. При их отсутствии точку А находят по положению точек с максималь­ным растяжением или сдвигом пород.