CC BY
54
© В.Н. Попов, О.Б. Сильченко, М.С. Парамонова, 2011
УДК 622.271.3
В.Н. Попов, О.Б. Сильченко, М.С. Парамонова
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПОРОДНОГО МАССИВА НА УСТОЙЧИВОСТЬ УСТУПОВ
Приведены результаты исследований и расчеты параметров влияющие на устойчивость уступов временно нерабочих бортов карьера.
Ключевые слова: карьерное поле, тектоническая зона, простирание, трещина, временно нерабочее положение, уступ.
Сорское месторождение руд относится к штокверковому типу. Рудное поле сложено исключительно магматическими породами: диоритами (до 40 %), лейкократовыми гранитами (57 %), малыми интрузиями (3 %). Разнообразный состав интрузии и положение месторождения в узле пересечения Северо-Западной и Северо-Восточной тектонических зон, гидротермальный метаморфизм дал пестроту и перемежаемость пород. Однако основную часть площади карьерного поля в восточной части занимают породы грани-тоидного комплекса. На Западном фланге большое распространение получили диориты и сиенито-диориты.
В структурном отношении на месторождении выделено три уровня:
• крупные тектонические нарушения юго-западного и широтного простираний;
• средний — крупные породные блоки 50 х 50, до 100 м;
• микроуровень — комплексы грани-тоидов и диоритов (мелкоблочные, до 20 см).
Определяющими в пределах карьерного поля являются две системы трещин: северо-западного простирания
(300—310°) с углами падения 50—75° и
северо-восточного простирания (30— 40°) с крутыми углами падения до 80°, выполаживающимися до 10—15° к юго-востоку. Наиболее ослабленными с точки зрения устойчивости являются участки восточного борта.
Помимо упомянутых трех основных систем трещин в пределах карьерного поля отмечены еще пять систем трещин. Элементы залегания всех систем трещин приведены в табл. 1.
Предполагаемые зоны ведения горных работ с постановкой уступов во временно нерабочее положение показаны на рис. 1 с обозначением разрезов 1, 2, 3, 4, 5 и 6 по центральным частям участков отработки.
Верхняя часть борта карьера по разрезу 1 представлена сиенитами рогово-обманковыми и пироксен роговообман-ковыми гнейсовидными. Этими же породами сложена приокосная часть уступов между горизонтами 570—685 м. Уступы с гор. 685—740 м сложены диоритами биотит-роговообманковыми и ро-говообманковыми. На горизонтах 740—760 м уступы сложены лейкократовыми породами: гранитами, граносиенитами, сиенитами, плагиогранитами. Борт в районе разреза 2 сложен в основном лейкокра-товыми породами: гранитами,
Система трещин Элементы залегания Система трещин Элементы залегания
Азимут простирания, градус Угол падения, градус Азимут простирания, градус Угол падения, градус
I 530—350 340 50—55; 65—70; V 120—140 130 70—75; 90;
II 10—40 25 15—30; 40—45; VI 145—185 165 45—47; 50—55;
III 60—90 75 50—55; 70—75; VII 220—250 235 45—50; 75—85;
IV 90—110 100 50;60—65; 75; >80 VIII 280—310 295 65—90
граносиенитами, сиенитами, плагиогра-нитами. Уступы между горизонтами 620-650 м сложены диоритами биотит-роговообманковыми и роговообманко-выми сиенитами.
Породы уступов по разрезу 3 представлены лейкократовыми породами: гранитами, граносиенитами, сиенитами, плагиогранитами.
Аналогичными породами сложены уступы в районе разреза 4.
Нижняя часть (гор. 550-630 м) борта по разрезу 5 представлена таким же комплексом пород, а в верхней части от гор. 630-685 м уступы сложены сиенитами роговообманковыми и пироксен-роговообманковыми гней-совидными.
Борт в районе разреза 6 сложен на гор. 560—640 м пегматитами, а гор. 640—650 м кварцевыми жилами, штоками. В приоткосной части на гор. 570— 620 м отмечены лейкократовые породы.
Наибольшее влияние на устойчивость уступов оказывают продольные и диагональные согласнопадающие относительно простирания обнажения системы трещин. С этих позиций наибольшее влияние на устойчивость уступов по профилю 1 окажут системы III, IV, V, по профилю 2 соответственно системы IV, V, VI, по профилю 3 системы V и VI, по профилю 4 системы II и III, по про-
филю 5 системы I и VIII, по профилю 6 системы I и II.
Придание откосам временно нерабочих уступов и бортов углов, соответствующих свойствам пород, является одним из первых мероприятий, способствующих предотвращению развития деформации бортов карьеров.
Продольные системы трещин с углом падения в сторону выемки предопределяют характер возможной поверхности скольжения призмы обрушения.
Учитывая, что при определенных условиях скольжения может произойти не по плоскостям ослабления, а по площадкам скольжения, образующим с плоскостью горизонта угол 5п = а - (45 -фм/2), первостепенное значение при решении задач устойчивости откосов, приобретает вопрос определения положения линии возможного обрушения.
Исходя из геологического строения прибортового массива и пространственной ориентировки природных систем трещин, для условий карьера выделено четыре геомеханические модели, характеризуемые видом поверхности скольжения и включающие четыре расчетные схемы (табл. 2).
План-схема отбора проб на участках формирования временно нерабочих бортов
Условием, определяющим возможность сдвига по подсекающим плоскостям ослабления, будет выполнение неравенства А<1,
где
А =
Ст cosфT sin ^45 С; cos ф; sin (а-8)
ф/
sm
а- 45
ап (8-фт)
(1)
где См и Ст — соответственно силы сцепления пород в массиве и по полого (подсекающей) плоскости ослабления, МПа; фм и фт — соответственно угол внутреннего трения пород в массиве и по пологой (подсекающей) плоскости ослабления, град.; а — угол наклона откоса уступа, град.; 5 — угол наклона пологой (подсекающей) плоскости ослабления, град.
Реализация плоскости ослабления, падающей в сторону выемки под углом 5 с прочностными характеристиками по ней Ст и фт в поверхность скольжения
Таблица 2
Тип
схем
Тип поверхности сдвижения
Расчетные схемы
Условия
применения
Расчетные формулы
Кругло-
цилинд-
рическая
Плоский уступ при отсутствии неблагоприятных плоскостей ослабления
н
По подсекающей плоскости
А < 1
а = агсЫ&Ыд8
2 С
уН(ап2 8- ап8сов8дфт) Во = Н (Сд8- еда).
По площадке скольжения и крутопадающей плоскости
а + Ь - d
А > 1
к =
а =
Ь = С
2а - d тат[а- (45 -ф; / 2)].
ап(45 -ф; / 2)] ту ат[а- (45 + ф; / 2)] 2совф; эт X
; эт[а- (45 -ф; / 2)]
СОБфт Э1п X
соа[Х-(а+ (45-ф; / 2)]ап(Х-фт) т
В =
ап X
х
х
1
н
2
]
3
d = Ст х
Тип
схем
Тип поверхности сдвижения
Расчетные схемы
Условия
применения
Расчетные формулы
По подсекающей и крутопадающей плоскостным
А < 1 Д > С’т
2a- d
sn(X-8)
mysn(8-rnr)■ , „ snX
a =--— ’ b = CT ——
2cos9r sn 8
d = C'
cosp^ s n X
cos(X-8)sn(X-9T) B0 = (H - h)ctg8 + hctgX -
-Hctga +
sn X
h
ctga = ctg8 - —2 (ctg8 - ctgX)+ H
1 . m msn8
+—it [----(2 h----------
H s n X sn(X-8)
2cospT
y s n(8 - фт) H - h m
x{ct (— +
) +
+Cr
s n 8 sn(X-8)
COSф7-
cosX-8)sn(X^'T) m s n 8
x(h -
sn(X-8)
4
m
может произойти при выполнении неравенства (1).
При невыполнении неравенства (1) сдвижение может произойти только по площадкам скольжения, образующим с горизонтом угол 5=5п= а - (45 - фм/2).
Условием реализации крутопадающих плоскостей ослабления в поверхности сдвижения определяется как Д > С’
т>
где
А =
my si n (8 - ф(.) sin X cos фі
(X-8) sn (X-фT)
cos(X-
(2)
cos Фт
где у — плотность пород в массиве, т/м3; m — расстояние по нормали между крутопадающими плоскостями ослабления,
м; С’т — сцепление по крутопадающей плоскости ослабления, МПа; ф’т — угол внутреннего трения по крутопадающей плоскости ослабления град.; X — угол наклона крутопадающей плоскости ослабления, град.
Если неравенство (2) не выполняется, расчет следует вести по схеме с подрезкой откоса одной пологопадающей плоскостью ослабления или по схеме, когда сдвижение происходит по площадкам скольжения.
Поскольку в качестве подсекающей системы трещин может служить II система по профилям 4 и 6 проверим условие их реализации. Из уравнения (1) имеем А = 0,0425, что меньше 1. Это свидетельствует о том, что II система трещин на этих участках служит площадками скольжения. Поэтому для этих профилей будем пользоваться расчетной
x
х
Расчетные значения углов наклона устойчивых уступов временно нерабочих бортов карьера
№ профиля Горизонты, м Плотность пород, у, т/м3 Показатели свойств пород при пс=1,641 и Пф=1,5 Углы устойчивых уступов, градус
Высота уступа , м
Ср, МПа Фр, градус 20 30 35
1 770—570 2,64 0,22 12 90 76 73
2 770—560 2,61 0,30 12 90 86 82
3 690—550 2,63 0,274 12 90 83 78
4 640—590 2,66 0,284 12 65 57 54
5 670—550 2,63 0,232 12 90 78 74
6 650—550 2,65 0,234 12 65 57 54
схемой 4, а для остальных профилей расчетной схемой 3.
При этом необходимо отметить, что по крутопадающим трещинам в схеме 3 в результате взрывных работ сцепление отсутствует, то есть Ст=0. Первая схема неприменима, так как массив пород анизотропен.
Коэффициент запаса служит для учета точности определения физикомеханических свойств, точности измерений при построениях и расчетах, а также влияние временного фактора. Расчет коэффициента запаса для условий Сорского карьера велся по методике, приведенной в работе [2]. Согласно нашим исследованиям и расчетам коэффициент запаса должен быть различным для сцепления и угла внутреннего трения, а в работе [2] рекомендуемый коэффициент запаса одинаков по этим показателям свойств и составляет не менее 1,5 для уступов во всех случаях. Аналогична рекомендация и в работе [1] для уступов со сроком службы до 5 лет.
Поскольку по нашим расчетом коэффициент запаса по сцеплению оказался больше 1,5, а по углу внутреннего трения меньше 1,5, то вводим в характеристики соответственно пс=1,641 и пф=1,5. Расчетные характеристики свойств пород в массиве и по трещинам, а также углы устойчивых уступов разной высоты приведены в табл. 3.
Расчет по профилям 4 и 6 проводился с учетом сдвигающих показателей по гладким трещинам, заполненным глинкой трения.
Согласно «Временным методическим указаниям по управлению устойчивостью бортов карьеров цветной металлургии» [2] коэффициент надежности определяют как функцию категории борта и срока состояния борта: t = аЬ, (6.3)
где а — коэффициент, учитывающий категорию борта, равный для наших условий 1,6 (первая категория для весьма сложных условий); Ь — коэффициент, учитывающий продолжительность стояния борта и равный 1,10 (до 5 лет в весьма сложных условиях).
Отсюда t = 1,76, что соответствует доверительной вероятности W = =0,92. Риск, который отражает меру надежности устойчивого состояния откоса, определяется по формуле:
1 - W
R = -——100 %
2
где R — риск разрушения откоса; Ж — вероятность разрушения откоса.
Отсюда R = 4 %, что свидетельствует о достаточности объема инженерногеологических исследований для решения поставленной задачи.
1. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. — Л.: ВНИМИ, 1972. — 165 с.
2. Временные методические указания по управлению устойчивостью бортов карьеров
цветной металлургии. — М.: Минцветмет СССР, Унипромедь, 1989. — 128 с.
3. Лукичев В.Г., Свистунова С.Г., Гордеев В.А., Голубко Б.П., Самарин А.В., Киселев В.А., Земских Г.В. Отчет по НИР «Исследование геологических процессов на Сорском карьере». Унипромедь, УГГА, Екатеринбург, 1996. Н5Н=Д
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------
Попов В.Н. — доктор технических наук, профессор, декан, зав. кафедрой, Московского государственного горного университета, e-mail: mdg@msmu.ru;
Сильченко О.Б. — доктор технических наук, профессор, Московского государственного горного университета, , e-mail: mdg@msmu.ru;
Парамонова М.С. — аспирант, Московского государственного горного университета, e-mail: paramonovagg104@mail.ru.
ПОЧЕМУ В СОВРЕМЕННЫХ КНИГАХ ТАК МНОГО ОШИБОК?
(Окончание. Начало на с.92)
Вторая причина выпуска книг с ошибками заключается в отсутствии нужных специалистов-редакторов и корректоров. Подготовка квалифицированных редакторов процесс длительный и трудоемкий. Сейчас у издателей нет опыта подготовки редакторов, да и желающих учиться этому кропотливому мастерству не найти. Пока издатели пользуются услугами редакторов, подготовленных еще в СССР, но их время подходит к концу. Иногда авторы и издатели самостоятельно овладевают профессией редактора по справочникам, но это единичные случаи.
И, наконец, причиной неграмотных текстов нередко становится жесткая конкуренция между издателями. Покупатели книг внимательно смотрят на их цены, отдавая предпочтение не качественным изданиям, а дешевым. Тем самым провоцируют издателей снижать себестоимость за счет сокращения дорогостоящих операций. А поскольку контроль за грамотностью книг отсутствует, читателю подсовывают суррогатные издания. Современный рынок малотиражных изданий устроен таким образом, что качественный исполнитель может быстро разориться.
Если не будет придумана какая-то новая технология книгоиздания, делающая качественную книгу привлекательной, придется довольствоваться изданиями с ошибками. Или научить авторов редакторскому мастерству.
