CC BY
26
© Б.В. Несмеянов, И.Л. Селеткова, 2014
УДК 622 233 622 235:622 271 (075.3) Б.В. Несмеянов, И.А. Селеткова
О ДЕФОРМАЦИЯХ ПОРОДНЫХ МАССИВОВ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В КАРЬЕРАХ
Проанализированы результаты натурных наблюдений за деформациями породных массивов при производстве взрывных работ в карьерах. Приведены сведения о величине горизонтальных и вертикальных подвижек при различной ориентации трещин. Ключевые слова: карьер, взрыв, деформации, породный, массив.
Сточки зрения воздействия взрывов на породный массив он условно может быть разделен на четыре зоны - отрыва и дробления, заколов, остаточных деформаций и упругих колебаний, а по эффекту дробления - на зону дробления и зону развала массива. Ширина этих зон в конкретных условиях месторождений колеблется, изменяясь в довольно широком диапазоне, и зависит от характера и параметров взрывов, прочностных свойств пород и структурно-тектонического строения массивов. Так, по данным М.Е. Певзнера, зона трешинообразования от места взрыва распространяется на 30-60 м, по данным С.И. Попова, зона нарушений составляет 20-40 м, а исследования В.П. Улыбина показывают, что зона видимых нарушений на поверхности массива распространяется на расстояние до 40-50 м в тыл от взрыва, а остаточные деформации в виде микроподвижек отмечаются на расстоянии до 100 м от взрыва.
Нами установлено, что при соглас-нопадаюших с откосом крутой* и пологой системах трешин интенсивное
смешение массива в горизонтальной плоскости происходит на расстоянии до 20 м от верхней бровки уступа.
При наличии в массиве уступа крутопадаших согласно с откосом трешин и наклонных несогласнопада-юших смешение пород происходит в основном по крутопадашей системе трешин. Наблюдаемые смешения массива в горизонтальной плоскости в этом случае отмечены на значительно меньшем, порядка 9-10 м, удалении от верхней бровки уступа.
Величины поднятия массива в обоих случаях примерно одинаковы.
При продольных** крутых соглас-нопадаюших системах трешин видимые отслоения структурных блоков прослеживаются на большую глубину, но не имеют широкого распространения вкрест простирания уступа. Если же трешины расположены диагонально или поперечно то заколы по ним наблюдаются на расстоянии 20-25 м от верхней бровки вновь образованного уступа.
Наличие только несогласнопада-юших с откосом систем трешин приводит к сжатию массива и, соответ-
* По классификации Б.В. Несмеянова и Г.Н. Городничева трешины подразделяются на: пологие, не опасные (угол наклона от 0 до 200); наклонные, опасные (угол наклона от 21 до 600); крутые, очень опасные (угол наклона от 61 до 900).
** По классификации В.Н. Попова трешины подразделяются на: продольные системы трешин - направление простирания трешин отличается от направления простирания обнажения (уступа) не более чем на 20°; диагональные системы трешин - направление простирания трешин отличается от направления простирания обнажения в пределах 21-70°; поперечные системы трешин - остальные.
ственно, надвигу структурных блоков с разрывом сплошности.
Максимальное раскрытие трещин, достигающее 0,6-0,8 м, как правило, наблюдается на расстоянии до 10 м от последнего ряда взорванных скважин. На расстоянии 12-14 м ширина трещин значительно уменьшается и редко превышает 0,02-0,05 м.
Иногда раскрытие естественных трещин прослеживается на удалении до 30 м от последнего ряда взорванных скважин.
Величина деформаций на границе зоны дробления, по данным И.И. Попова, может достигать 0,9 м.
Исследования, выполненные нами на карьерах Сорского, Жирекенско-го, Тырныаузского комбинатов, Зла-тоуст-Беловском карьере корпорации
0,32
. о,а*
0,24
0,20
0,16
»0,12
«0,0В £ и а. о 0,04 а
0,00
»
[
1 1 * Л У Л -
V
2 к и
/ • • к ^
10
20 30 40 30 60 70 Ь0 Расстояние от э а радов скважин последнего ряда, З'п , к
Рис. 1. Зависимости вертикальных смешений порол от расстояния до зарядов скважин последнего ряда при различном расположении уступов относительно места взрыва: 1 - кривая смещений пород взрываемого уступа; 2 - кривая смещений пород уступа на один горизонт выше взрываемого
«Казахмыс», а также карьерах комбинатов «Макмалзолото» и «Печенгани-кель», показали, что при производстве взрывов деформациям подвергаются не только породы взрываемого, но и породы вышележащих горизонтов. При этом было установлено (рис. 1), что на расстоянии 20 м от зарядов скважин последнего ряда вертикальные смещения пород верхних уступов (на 1 горизонт выше взрываемого) в 10 раз меньше, чем у взрываемого. На расстоянии 40 м это соотношение равно 6, а на удалении 65-70 м - 1.
В результате обычно применяемых перебуров скважин дроблению подвергаются породы нижележащего горизонта. Нарушения массива в этом случае распространяются на глубину 4-5 м.
Обобщенная схема нарушений массива от взрыва вертикального скважинного заряда, с усредненными и типичными для большинства рудных карьеров цветной металлургии параметрами, приведена на рис. 2.
Здесь же следует отметить, что согласно нашим наблюдениям скорость колебаний пород в ближней от взрыва зоне - зоне отрыва и дробления (10-12 м от последнего ряда скважин) достигает 160-170 см/с. На расстоянии 16-20 м от последнего ряда скважин (зона заколов) скорость колебаний пород снижается в 1,5-2,0 раза, составляя 90-110 см/с, а на удалении 30-60 м (зона остаточных деформаций) она уменьшается до 2170 см/с. В зоне упругих колебаний (более 60 м от последнего ряда скважин) скорость колебаний по-
Рис. 2. Схема нарушений законтурного массива от взрыва вертикального сква-жинного заряда
род массива не превышает 20 см/с, и на удалении 200 м уменьшается до 1,3 см/с. При этом, согласно шкале, разработанной в институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта и рекомендуемой А.Б. Фадеевым, для расчетов сейсмической безопасности при производстве взрывных работ в карьерах максимальная скорость колебаний пород стационарных уступов не должна превышать 24 см/с, а охраняемых зданий и сооружений промышленного комплекса - 1-2 см/с.
Таким образом, если не контролировать действие взрывов в прикон-турной зоне и не осуществлять заши-ту законтурного массива, то уступы в их стационарном положении будут отстраиваться в практически полностью разрушенном и разбитом взрывами массиве со всеми вытекающими из этого последствиями, а именно -они будут иметь малый достижимый угол откоса, большую склонность к обрушениям, осыпанию и «сработке» берм. Это, в свою очередь, приведет к тому, что нерабочий борт карьера, отстроенный из таких уступов, в конечном итоге будет иметь вид сплош-
ного откоса с углом наклона, равным углу естественного откоса дробленой массы (для рудных карьеров цветной металлургии угол естественного откоса дробленой массы скальных и полускальных пород = 34-37°). Наглядным примером такого положения дел могут служить Северный и Западный борта Зодского карьера, отдельные участки Восточного борта карьера «Центральный» комбината «Печенганикель», Юго-Восточного борта Златоуст-Беловского, почти все борта Жирекенского и многих других карьеров. Защитные меры в этих условиях, такие как оборка и укрепление уступов, зачистка и укрепление берм, очень дороги и трудно осуществимы. Себестоимость этих работ подчас в 1,5-2 раза выше обычной, а уборка осыпей, по данным американской практики, обходится в 10 раз дороже проходки самой горной выработки.
Обобщая изложенное, можно констатировать, что обеспечение устойчивости нерабочих уступов и бортов карьеров, особенно длительного срока службы, должно осуществляться не
только путем оптимизации их параметров на основе изучения прочностных и структурных свойств породных массивов, но и путем обязательного применения специальных технологий их отстройки, включающих в первую очередь технологии отработки при-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
контурных зон и заоткоски уступов, базирующихся на детальном изучении воздействия конкретных взрывов на конкретный массив и эффективно защищающих законтурный массив от их «вредного» воздействия по всему периметру карьера. ЕШ
Несмеянов Борис Васильевич - доктор технических наук, профессор, Селеткова Ирина Андреевна - аспирант,
Московский государственный горный университет, e-mail: ud@msmu.ru.
UDC 622 233 622 235:622 271 (075.3)
ROCK DEFORMATION BY BLASTING IN OPEN PIT MINES
Nesmeyanov B.V., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Seletkova ¡.A., Graduate Student,
Moscow State Mining University, e-mail: ud@msmu.ru
The author analyzes in situ observations over rock mass deformation under blasting in open pit mines. The article reports the values of horizontal and vertical displacement under various-orientation fracturing. Key words: open pit mine, deformation, rock mass.
_Д
РИСУЕТ ДАРЬЯ АБРЕНИНА_
Когда в соавторах согласья нет
