ИНСТРУКиИЯ

ПО РАСЧЕТУ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ ПРИ ИХ ЛИКВИДАЦИИ И ОБЕСПЕЧЕНИЮ СОХРАННОСТИ ПРИЛЕГАЮЩИХ К РАЗРЕЗАМ ТЕРРИТОРИИ

В н и м и

Ленинград 19 7 7

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА ВН ИМИ

ИНСТРУКЦИЯ

по расчету устойчивости бортов разрезов при их ликвидации и обеспечению сохранности прилегающих к разрезам территорий

Ленинград

1977

2.9. Для оценки степени устойчивости бортов и условий их поддержания после ликвидации разреза необходимо знать следующие данные по гидрогеологии и гидрологии:

—    притоки грунтовых и поверхностных вод в разрез и их изменение во времени;

—    характер связи различных водоносных слоев и горизонтов;

—    уровни подземных вод различных горизонтов;

—    области высачивания воды в откосах;

—    гидростатическое и гидродинамическое действие подземных вод на устойчивость откосов.

Гидрогеологические условия разреза необходимо знать на три момента: конец отработки разреза, период наименьшей устойчивости бортов и время стабилизации условий содержания отработанного разреза.

При естественном затоплении необходимо знать гидрогеологическую обстановку на момент ликвидации, на период затопления на 1/3 И (для бортов с напорными водами — характер и скорость восстановления уровней после прекращения работы дренажной системы), время полного затопления разреза; для крупных разрезов характерным состоянием может быть затопление на 0,54-0,7Н, когда дальнейшее повышение уровня воды происходит крайне медленно.

При искусственном затоплении разреза необходимо знать изменение уровней в бортах с течением времени для поверочных расчетов устойчивости бортов при нескольких положениях уровня воды в разрезе.

При поддержании разреза в сухом состоянии характерным периодом его существования является время стабилизации депрессионной поверхности в режиме принятой системы дренирования.

Гидростатическое взвешивание и гидродинамическое давление особенно сильно влияет на устойчивость бортов при следующих условиях [13]:

—    подтопление борта;

—    расположение борта вблизи рек и водоемов на расстоянии, соизмеримом с глубиной разреза;

—    наличие напорных вод (чаще всего в лежачем боку месторождения);

—    борт сложен слабо фильтрующими глинистыми песками и песчаными глинами, хорошо фильтрующие прослои отсутствуют.

При определении объемов гидрогеологической доразведки и при гидрогеологических расчетах на различные периоды существования разреза нужно пользоваться соответствующими методическими пособиями [16, 17].

3. ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ ОТРАБОТАННЫХ РАЗРЕЗОВ

3.1. Для определения вида содержания прибортовой полосы после ликвидации работ в разрезе необходимо знать изменение степени

устойчивости бортов во времени. У отработанных разрезов можно выделить три характерных состояния бортов, и, оценив их, получить достаточно полную картину изменения устойчивости:

—    на момент ликвидации разреза устойчивость бортов известна, поскольку при составлении проекта доработки, как правило, проводится ее оценка;

—    на период содержания разреза, в который коэффициент запаса устойчивости бортов минимальный; для затапливаемых разрезов это наиболее опасный уровень воды в нем и его бортах;

—    на время стабилизации условий содержания разреза, т. е. перехода от относительно быстрых процессов к замедленным. Для затапливаемых разрезов — это конец формирования берега; для разрезов, расположенных выше уровня грунтовых вод, — период затухания поверхностных и глубинных деформаций бортов.

3.2.    Расчет проводится существующими методами [2, 18, 19] с учетом специфики условий погашенных разрезов, которая создает ряд особенностей при оценке устойчивости бортов:

—    влияние воды и наличие внешней нагрузки;

—    деформационные свойства слоев и изменение долговременной прочности массива пород под влиянием различных факторов, изменяющихся во времени;

—    если нужно обеспечить устойчивость бортов лишь на период доработки разреза, то расчет параметров борта на наиболее опасный момент сводится к определению параметров оползания борта.

3.3.    При доработке разреза, как правило, борта устойчивы; вновь оценка устойчивости производится в тех случаях, когда обнаруживаются изменения в геологических и гидрогеологических условиях при эксплуатации разреза в последние годы его работы.

Особенно надежной должна быть оценка устойчивости и состояния

бортов на наиболее опасный период, определяющий достоверность оценки состояния прибортовой полосы. На длительную устойчивость борта отрицательно воздействуют в основном три фактора: затопление разреза, разуплотнение пород и влияние подземных работ под разрезом. Эти факторы и должны учитываться при расчетах. При затоплении разреза в большинстве случаев наиболее опасный уровень составляет 1/3 высоты борта и может несколько раз меняться в ту или другую сторону в зависимости от положения депрессионной поверхности в борту и поверхности скольжения. Опасный уровень определяется расчетами при двух-трех положениях уровня воды в разрезе, близких к 1/3//.

Влияние разуплотнения на сопротивление сдвигу в разуплотняющихся породах особенно значительно на контактах слоев и других поверхностях ослабления. Оно учитывается долговременными испытаниями контактов в лабораторных условиях (приложение 2).

Влияние сдвижения горных пород от подземных работ на устойчивость бортов должно учитываться при определении прочности подработанного массива и построении наиболее слабой поверхности скольжения. Данные о прочности подработанного массива и характере

процесса сдвижения должны быть получены исследованиями, проведенными в период доработки разреза или, если для этого нет возможности, на соседних аналогичных месторождениях. Оценка устойчивости бортов производится для самых неблагоприятных условий, которые ожидаются в результате подземных работ.

Для стабилизированного состояния разреза, когда практически прекращаются деформации массива как поверхностные, гак и глубинные, нужно определить границу и характер деформированной части прибортовой полосы и оценить устойчивость бортов в окончательном их положении. Если в крепких породах борта подвергаются лишь поверхностным деформациям, а также когда применяются постоянно действующие мероприятия по повышению устойчивости бортов, расчеты для стабилизированного состояния носят поверочный характер с целью определения коэффициента запаса устойчивости для окончательного положения борта, сформировавшегося под влиянием поверхностных деформаций. Для разрезов с неустойчивыми бортами, у которых вне зависимости от времени стояния п^1, нужно определить зону и степень деформирования земной поверхности, прилегающей к контуру разреза.

3.4.    На отработанных разрезах устойчивость бортов определяется расчетом при условии:

—    быстрого затопления разреза;

—    наличия охранных целиков;

—    влияния деформационной способности слоев;

—    определения зоны обрушения (в тех случаях, когда оно допускается).

3.5.    Для расчета устойчивости бортов при быстром затоплении разреза необходимы достаточно точные данные о фильтрационных свойствах массива, обеспечивающие достоверность определения изменения уровней в бортах при заданном изменении уровня воды в разрезе.

В зависимости от сложности гидрогеологической обстановки и глубины разреза расчет устойчивости бортов проводится для двухчетырех положений уровней воды в разрезе и борту. Обычно при уровне воды в разрезе более 2I3H расчет проводить нет необходимости, так как устойчивость борта будет не меньше, чем на момент погашения. При заданном уровне воды в разрезе расчетом устойчивости определяется уровень воды в борту, при котором обеспечивается заданный коэффициент запаса устойчивости.

В практике может встретиться в основном три случая, когда быстрое затопление является эффективной мерой для обеспечения устойчивости бортов.

А. При открытом дренаже и малой водообильности пород, когда подток воды к борту мал, при быстром затоплении уровень воды в разрезе может опережать уровень воды в борту. В этих условиях гидродинамическое и гидростатическое давление воды является дополнительной удерживающей силой, и устойчивость борта в процессе затопления не будет снижаться. На рис. 2, а показано три положения

Рис. 2. Схемы расчета устойчивости бортов при затоплении разреза:

I. II. III — положения расчетного уровня воды: IV — уровень воды на момент ликвидации разреза

уровня воды в разрезе, при которых проводится расчет устойчивости. Если при этих уровнях обеспечивается необходимая устойчивость бортов и гидрогеологические расчеты показывают реальность получения таких уровней, то в принятом режиме затапливать разрез можно.

Б. Для обеспечения устойчивости борт при доработке дренировался. Из -за малого подтока воды к борту уровни в нем после прекращения работы дренажной системы повышаются медленно, что создает условия для быстрого затопления разреза без существенного понижения устойчивости борта. Принципиальных различий в расчете от предыдущего случая нет. На рис. 2, 6 приведена примерная схема расчета для крутого залегания пород.

В. До ликвидации разреза борт дренировался системой водопонижающих скважин. Как и в предыдущих случаях, можно предрас-считать необходимый уровень воды в борту при затоплении, который в данном случае обеспечивается дренажной системой (рис. 2, в).

3.6.    Расчет устойчивости бортов с охранными целиками при совместной отработке месторождения производится для двух случаев:

1)    при наличии на прибортовой полосе охраняемых сооружений;

2)    при охране прибортовой полосы от оползания, когда допустимы значительные ее деформации.

При крутом и наклонном залегании пород, когда углы наклона бортов на контуре погашения принимаются из условий устойчивости, для охраны сооружений на борту лежачего бока необходимо оставить целик, размеры которого определяются расчетом устойчивости. В расчете устойчивости призмы обрушения на всю глубину подземных работ учитывается нормальная составляющая призмы ЛВС (рис. 3, а) необрушенных пород над целиком. Эта составляющая создает дополнительные силы трения N tg о на поверхности скольжения A7N. Расчетом определяется такая ширина целика А С, при которой обеспечивается необходимый коэффициент запаса устойчивости борта. Для охраны прибортовой полосы борта лежачего бока, когда допустимы ее некоторые деформации, оставлять целик не нужно.

Для охраны сооружения на борту висячего бока нужно строить целик по Правилам охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок в соответствующем угольном бассейне. Для охраны прибортовой полосы от оползания также оставляется целик, величина которого принимается такой, чтобы вдоль линии ВС (рис. 3, а) не образовался провал, который может привести к оползанию или обрушению борта. Условия образования провалов определяются при изучении сдвижения горных пород от подземных разработок и приведены в Правилах охраны соответствующего угольного бассейна.

При пологом и горизонтальном залегании пород, когда из условия устойчивости определяется только угол наклона борта висячего бока, для охраны сооружений на борту нужно оставлять целик в соответствии с правилами охраны для подземных разработок. В прибортовой полосе целик оставляется с целью предохранения от подработки нижней части борта, а также сохранения прочности массива вдоль поверхности скольжения (рис. 3, б).

3.7.    Для охраны ответственных сооружений, расположенных в границах открытых работ, временно или постоянно оставляются целики полезных ископаемых. На рис. 4, а, б показаны целики при пологом

а м

Рис. 3. К расчету устойчивости подработанных подземными горными работами бортов с охранными целиками

и крутом залегании пород. Пунктиром здесь показана граница отработки без оставления целика, сплошной — с оставлением. Для определения глубины разреза при двух-трех значениях углов наклона рассчитываются соответствующие высоты бортов. Принимается та высота, при которой нижняя точка В попадает на почву (или кровлю при крутом залегании) отрабатываемой залежи.

Необходимость оставления целика может возникнуть и при расположении охраняемого объекта за границей разреза. Это тот случай, когда вблизи верхней бровки борта погашения находятся охраняемые сооружения, а борт погашения (на рис. 4, в показан штрих-пунктирной линией) при затоплении разреза имеет недостаточный коэффициент запаса устойчивости.

Рис. 4. К расчету устойчивости бортов с охранными целиками

Для предотвращения деформаций охраняемого объекта в период затопления разреза., если нельзя применить других мер охраны, борт нужно выположить. Угол его наклона с необходимым коэффициентом запаса п^1,3 определяется расчетом при родтоплении на 1/3//. В результате выполаживания борта образуется целик полезного ископаемого (рис. 4, в).

3.8. Расчет устойчивости с учетом деформационной способности слоев нужно проводить при наличии в массиве борта мощных слоев с резко отличными от остальных пород деформационными свойствами

при коэффициенте запаса устойчивости в пределах 1,2—1,4 в случаях, когда требуется высокая точность, например при охране сооружений (методика расчета приведена в приложении 3).

3.9. Зона обрушения устанавливается расчетом борта на предельное равновесие в следующем порядке:

—    Предварительным расчетом определяется примерное положение уровня воды в разрезе и борту, при котором борт близок к предельному равновесию. Для этого положения находится наиболее слабая поверхность.

—    Устанавливается положение призмы обрушения после прекращения смещений; для определения самого нижнего положения призмы в условии ее равновесия учитывается, что в породах песчаных и средней крепости угол трения по поверхности скольжения снижается, а в слабых глинистых породах, за счет смятия пород в зоне поверхности скольжения и разуплотнения, прочность будет характеризоваться общим сопротивлением сдвигу 'С'_п|ах пород нарушенной структуры. Эту характеристику получают по результатам испытания образцов нарушенной структуры на долговременную сдвиговую прочность в лабораторных условиях. Равновесие оползающей призмы рассматривается при наиболее опасном уровне воды.

—    Определяется возможность второго цикла оползания — производится расчет для нового положения борта и вычисляется коэффициент устойчивости при наиболее неблагоприятном уровне воды.

—    При n «5 1,03 нужно считать, что возможен второй цикл оползня. При п = 1,1 —1,13 на прибортовой полосе в пределах возможной призмы обрушения нужно ожидать трещины оседания до 1—2 м.

Возможность второго цикла оползня зависит не только от величины снижения коэффициента устойчивости при затоплении, но и от структуры массива. На рис. 5 приведены четыре наиболее типичные структуры пород в бортах. Поверочные расчеты показывают, что условия, способствующие образованию второго цикла оползня, возникают при крутом и пологом согласном залегании слоев (см. рис. 5, а, в); при мульдообразном залегании слоев вероятность повторного оползания меньше.

Особым, редко встречающимся в практике открытых работ, является случай, когда борт полностью состоит из суглинков, лессов и песчаных глин. В этих условиях при подтоплении борта может быть не только два, но три-четыре и более циклов оползней, поскольку водонасыщенная оползневая масса, располагаясь полого, почти не создает подпора борту.

Примеры расчета устойчивости бортов с учетом изменяющихся гидрогеологических условий и при охране прибортовой полосы приведены в приложении 5.

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ БОРТОВ И ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К НИМ ПОЛОСЫ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

4.1.    Прогнозирование деформаций прибортовой полосы следует производить по степени устойчивости борта; долговременными маркшейдерскими наблюдениями установлена следующая зависимость деформирования прибортовой полосы земной поверхности от степени устойчивости бортов:

—    при коэффициенте запаса устойчивости борта п^1,3 приборто-вая полоса не испытывает деформаций, фиксируемых маркшейдерскими измерениями по реперам наблюдательных линий, т. е. возможные горизонтальные микродеформации не превышают 2 10 "⁴ ;

—    фиксируемые маркшейдерскими наблюдениями смещения на прибортовой полосе появляются при п = 1,2—1,25; по величине они достигают 50—70 мм; преобладающей является горизонтальная составляющая вектора смещения; ширина полосы, охваченной деформациями, не выходит за зону, ограниченную наиболее слабой поверхностью;

—    при п = 1,1 —1,15 прибортовая полоса испытывает значительные деформации и, как правило, на ней появляются видимые трещины и заколы; максимальные смещения в пределах призмы обрушения достигают 0,5—2 м; общая зона, охваченная деформациями, значительно расширяется.

Соответственно этому борта, имеющие различную степень устойчивости, по качественной и количественной характеристике деформирования делятся на 4 группы: 1) п^1,3 — борт не деформируется; 2) п = 1 —1,25 — борт заметно деформируется; 3) п=1 —1,15 — деформации борта значительны; 4) п = 1 —1,05 — неизбежен оползень или обрушение борта.

Примечание. При прогнозировании деформаций борта по степени устойчивости полученный расчетный коэффициент запаса устойчивости округляется до 0,05 по известным правилам.

4.2.    При коэффициенте запаса устойчивости всего борта более 1,3 прибортовая полоса испытывает упругоползучие микродеформации, связанные с изменением напряженного состояния массива и не выходящие за пределы 2Ю~⁴. Таким образом, при прогнозировании нужно считать, что при п 51,3 прибортовая полоса земной поверхности практически не испытывает деформаций, связанных с устойчивостью всего борта.

4.3.    При коэффициенте запаса устойчивости п=1,2—1,25 на прибортовой полосе в пределах призмы возможного обрушения преобладают горизонтальные деформации растяжения; их величина в среднем составляет (1—2) -10 “³ с отдельными отклонениями до 5-10”⁵; оседания в 3—5 раз меньше горизонтальных смещений. Ширину зоны деформирования нужно принимать равной ширине призмы обрушения, которая с достаточной точностью определяется при расчете устойчивости и представляет собой расстояние от бровки борта до наиболее слабой расчетной поверхности скольжения.

4.4.    При коэффициенте запаса устойчивости п=1,1—1,15 максимальные, преимущественно вертикальные, смещения, достигают опасных величин в пределах 0,5—2 м. За короткий период интенсивных смещений четко оконтуривается призма возможного обрушения по резкому изменению направления и величин смещения; за границей призмы возможного обрушения вектор смещения почти горизонтален, а его величина в 3—10 раз меньше, чем в пределах призмы возможного обрушения. После периода интенсивных смещений деформации борта затухают, и борт в дальнейшем остается устойчивым при постоянном коэффициенте устойчивости.

Характер деформирования, его параметры зависят от состава пород и структуры массива и в общем виде могут быть описаны следующим образом:

—    ширина зоны деформирования в слабых породах значительно больше, чем в крепких; наименьшая ширина этой зоны — в изотропном массиве, наибольшая — при крутом залегании слоистости в верхней части борта;

—    наибольшие смещения на прибортовой полосе происходят в слоистом массиве при крутом и пологом согласном борту залегании пород; они по величине достигают 2 м в пределах призмы возможного обрушения; за границей призмы горизонтальные деформации находятся в пределах (2—5) -10 “³;

—    ширина зоны малых деформаций за оконтурившейся призмой возможного обрушения для слабых анизотропных пород несколько меньше ширины призмы обрушения, для крепких — несколько больше ее.

Определять ширину зон деформирования нужно следующим образом (рис. 6, а):

—    обычным расчетом устойчивости [2, 19] находится положение наиболее слабой поверхности в борту;

—    ширина возможной призмы обрушения а поверху является шириной зоны больших смещений А =а (табл. 3);

—    ширина общей зоны деформирования прибортовой полосы равна A=Cyd, где с, — коэффициент, учитывающий условия деформирующегося борта, приведен в табл. 3.

4.5.    При коэффициенте устойчивости п ■< 1,05 борт всегда в скором времени сползает или обрушается (на разрезах такие условия могут возникнуть после их ликвидации, когда за счет изменения гидрогеологических условий, подработки подземными работами и т. п. коэффициент устойчивости со временем уменьшается).

Деформирование прибортовой полосы земной поверхности при оползающих бортах характеризуется следующим:

—    скорости смещения призмы обрушения в период активной стадии, за очень редкими исключениями, значительны (более 2 м/ч) вне зависимости от угла наклона борта и прочности пород; деформации затухают быстрее в более крепких породах;

—    после оползня или обрушения на прибортовой полосе шириной до (0,4—0.6)а имеются заколы й трещины: деформации, опасные

1.1.    Настоящая Инструкция составлена в соответствии со статьей 25 «Основ законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах», Инструкцией о порядке консервации и ликвидации горнодобывающих предприятий (в части обеспечения безопасности и полноты выемки полезных ископаемых), утвержденной Госгортехнадзором, и пунктом 14 «Основных положений по восстановлению земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых, проведении геологоразведочных, строительных и иных работ», утвержденных Госкомитетом по науке и технике Совета Министров СССР, Минлесхозом СССР, Гослесхозом СССР и Госстроем СССР в части ликвидации разрезов и обеспечения сохранности прилегающих к отработанным разрезам территорий.

1.2.    Инструкция распространяется на те ликвидируемые угольные разрезы или их участки, в которых по условиям залегания угольных пластов и экономической целесообразности в установленном порядке решено не производить заполнение выработанного пространства пустыми породами, борта отработанного разреза остаются не при-груженными и с течением времени могут подвергаться деформациям, оползаниям или обрушениям.

1.3.    Инструкция предусматривает требования к проектам доработки угольных разрезов и ликвидации работ в них, а также определяет условия содержания отработанных разрезов с учетом фактической застроенности территории вокруг разреза и долговременной устойчивости бортов ликвидируемых разрезов. В соответствии с этим в Инструкции рассматриваются следующие вопросы:

—    требования к изученности геологического строения бортов и длительной прочности пород в массиве с учетом их выветривания и разуплотнения;

—    оценка степени устойчивости бортов ликвидируемых разрезов;

—    прогнозирование поверхностных и глубинных деформаций бортов и прилегающих к ним площадей земной поверхности;

—    меры предотвращения опасных деформаций прибортовой полосы.

В настоящей Инструкции детально не рассматриваются методы изучения инженерно-геологических условий месторождений, инструментальных маркшейдерских наблюдений за деформацией бортов и расчета их устойчивости, изложенные в утвержденных ранее нормативных документах и методических указаниях [1—9].

1.4.    Отработанный разрез может находиться в затопленном, затапливаемом или в сухом состоянии (вид содержания) в зависимости от горнотехнической обстановки, гидрогеологических и других условий, связанных с охраной сооружений и прибортовой полосы земной поверхности.

Условия для сухого содержания отработанного разреза могут создаваться естественным путем, когда разрез расположен на склоне горы и представляет собой полувыемку или когда уровень воды ниже подошвы разреза.

Искусственное поддержание отработанного разреза в сухом состоянии путем использования водоотлива, а иногда и дренажных систем в бортах может быть вызвано двумя причинами: 1) по условиям сохранности прибортовой полосы в течение определенного периода нельзя подтоплять борт и 2) в непосредственной близости расположены действующие подземные выработки или действующий разрез (в породах с хорошей водопроницаемостью).

Большинство ликвидируемых разрезов затопляется стекающими подземными и атмосферными водами.

При необходимости быстрого затопления разреза (по условиям устойчивости бортов или соображениям рекультивации) он должен быть затоплен искусственно за счет сброса воды из рек или озер, расположенных поблизости, или за счет организации стока атмосферных осадков со смежных водораздельных регионов.

1.5.    Возможны два случая обеспечения устойчивости бортов разрезов:

1)    продолжительное время;

2)    до момента ликвидации разреза (в районах, где земная поверхность не представляет ценности).

При коэффициенте запаса устойчивости, существенно превышающем минимально допустимый, борт после ликвидации разреза будет сохранять устойчивость в течение длительного времени без дополнительных мероприятий. Если нужно сохранять прибортовую полосу земной поверхности при небольшом коэффициенте запаса устойчивости борта, то необходимо применять меры поддержания борта в устойчивом состоянии после отработки разреза, когда условия устойчивости с течением времени будут ухудшаться. При этом должны быть определены характер и параметры ожидаемых деформаций прибортовой полосы земной поверхности. Наиболее эффективной мерой повышения устойчивости борта после ликвидации разреза является его заполнение отвалами (гидроотвалами) пород или хвостами обогатительных фабрик.

Если по условиям содержания погашенного разреза допустимо оползание его бортов, то необходимо установить время начала активной стадии оползня, его параметры, максимальную скорость и полный вектор смещения, возможность последующих циклов оползания, общую ширину прибортовой полосы, которая будет охвачена оползнями.

1.6.    Условия содержания отработанного разреза определяются многими внешними и внутренними факторами. Внешними факторами

являются: 1) рельеф земной поверхности, 2) ценность земельных угодий, 3) застроенность прилегающей поверхности и прибортовой полосы, 4) наличие и характер горных работ на прилегающих площадях. Внутренними факторами являются: 1) залегание и форма залежей, 2) прочность и структура массива пород, 3) склонность пород к выветриванию и разуплотнению во времени, 4) глубина разреза и углы наклона бортов, 3) климат, гидрологические и гидрогеологические условия, 6) коэффициент запаса устойчивости бортов при доработке разреза.

1.7.    При выборе содержания разреза все факторы рассматриваются

в совокупности, при этом учитывается экономическая целесообразность того или иного вида и народнохозяйственное значение земельных угодий и других объектов, расположенных вокруг разреза.

Для выбранного вида содержания разреза ко времени его ликвидации должны быть решены следующие вопросы:

—    длительная устойчивость бортов;

—    условия затопления;

—    характер и параметры поверхностного и глубинного деформирования прибортовой полосы;

—    мероприятия, обеспечивающие заданные условия содержания разреза;

—    охрана сооружений и прибортовой полосы.

1.8.    В тех случаях, когда в процессе разведки и эксплуатации месторождения не изучены в достаточной степени все факторы, определяющие условия содержания отработанного разреза, для составления проекта его доработки и ликвидации необходимо провести дополнительные изыскания с целью детального изучения этих факторов.

2, ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ДОЛГОВРЕМЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ

2.1.    Важнейшими факторами, определяющими долговременную устойчивость бортов отработанных разрезов, являются:

—    структура горного массива:

—    длительная прочность пород в массиве, по контактам слоев и другим поверхностям ослабления;

—    гидрогеологические условия.

2.2.    Для оценки устойчивости бортов отработанных разрезов необходимы следующие сведения о структуре горных пород, слагающих борта в предельном контуре разреза:

—    залегание поверхностей ослабления — слоистости, рассланцо-ванности, дизъюнктивных нарушений, тектонических трещин большого протяжения;

—    характеристика трещиноватости — элементы залегания систем трещин, интенсивность трещин, размер и форма структурных блоков;

—    изменение структуры по периметру разреза и с глубиной.

2.3.    В сложных горногеологических условиях, когда изменчивость залегания и прочности пород обусловливает неодинаковую степень устойчивости разных бортов и их отдельных участков, необходимо за 3—5 лет до ликвидации разреза провести дополнительные исследования с целью определения окончательных параметров бортов на период ликвидации разреза. Основные данные по структуре массива при этих исследованиях определяются непосредственно по обнажениям откосов уступов.

2.4.    При простом выдержанном залегании слоев пород точечный замер трещиноватости является достаточным для характеристики массива. Для одного расчетного профиля (количество расчетных профилей определяется согласно [2]) производится замер трещиноватости в двух-четырех точках. В одной точке, представляющей участок откоса уступа по длине 15—30 м, замеряются элементы залегания трещин и определяется средний размер структурных блоков и их форма в соответствии с [3].

Необходимое и достаточное общее число замеров в точке рассчитывается по формуле,, полученной на основании статистической обработки большого числа диаграмм:

N=6,3(n²-j-4),

где п — число систем трещин в точке замера (п:>3).

При простом невыдержанном зале! ании пород структурная съемка производится по расчетным профилям [1, 2].

При сложной структуре массива, когда залегание слоев пород невыдержанное, имеются зоны смятия, разлома, дизъюнктивные нарушения и трещины большого протяжения, проводится площадная структурная съемка, заключающаяся в поинтерваль-ном изучении трещиноватости на всех откосах уступов [1, 2]; на основе этой съемки составляются структурные планы и разрезы.

Когда данные структурной съемки на откосах борта не соответствуют ранее сделанной увязке структуры массива, необходимо провести дополнительную геологическую разведку [2, 3]. Доразведка необходима и в случае, когда на изучаемом участке нет достаточно достоверных данных о структуре массива, кроме полученных на откосе борта.

2.5.    Прочность горных пород 6_СЖ определяется величиной сцепления к и углом внутреннего трения р :

й_сж =2k ctg (^ — -£).

Сцепление пород в массиве к_м всех трещиноватых пород определяется сцеплением пород в образце к, коэффициентом структурного ослабления Л и сцеплением по трещинам к' :

к_м= Ак + (1— А )к.    (1)

Угол внутреннего трения пород в массиве р принимается равным углу внутреннего трения в образце.

Прочность пород в образце с достаточной точностью определяется лабораторными испытаниями представительных образцов на срез и сжатие [4, 5].

2.6.    Коэффициент структурного ослабления определяется разными способами в зависимости от характера структуры и прочности пород.

В слабых трещиноватых породах (сцепление в образце к < ■^вг4 кгс/см²) коэффициент структурного ослабления определяется натурными испытаниями пород на сжатие и сдвиг [6, 10] на участках откосов или берм, где структура пород является типичной для изучаемого массива.

Прочность массивов трещиноватых пород крепких и средней крепости определяется двумя методами. При сложной и в целом невыдержанной трещиноватости, когда нельзя достаточно четко выделить системы, установить форму блоков, оценить разнопрочность их и т. п., коэффициент структурного ослабления определяется по методу, учитывающему всю совокупность основных структурных факторов [2, 10).

При достаточно четко выраженной трещиноватости массива, когда можно выделить системы трещин, установить форму блоков, их упаковку в массиве, для определения коэффициента структурного ослабления более точным является метод, раздельно учитывающий структурные факторы и базирующийся на результатах моделирования прочностных свойств трещиноватых сред (приложение 1).

2.7.    При расчетах устойчивости бортов отработанных разрезов необходимо использовать длительную прочность пород. Длительную прочность рекомендуется определять путем испытаний образцов на сжатие и срез в ползуче-релаксационном режиме взаимно влияющих деформаций элементов системы «пресс—образец» (в соответствии с методикой, изложенной в приложении 2).

У пород крепких и средней крепости угол внутреннего трения не изменяется от продолжительности испытаний [8, 12], поэтому коэффициент длительной прочности i-j , полученный испытаниями образцов на одноосное сжатие или косой срез, используется при определении величины длительного сцепления в массиве по форму-ле (1):

— ^*1 к-|-(1 — Л)к.

Для слабых пород типа глин, суглинков и сильно выветрелых аргиллитов (временное сопротивление сжатию 6_СЖ < 10 кгс/см²) при больших нормальных напряжениях р -* 0 и сопротивление сдвигу в образце характеризуется при нормальных напряжениях 6_П меньше

граничного 6^ величинами р и к и при 6_п > 6„ — величиной максимального сопротивления сдвигу Ъ_та% , подобно графику (рис. 1).

Для этих пород характеристики длительной прочности массива должны определяться по формулам:

^мд ~ ^ k; tg р_Мд = tg р ; Ъ _м.д = Ч^тах ■

Рис. 1. График зависимости между нормальными и каса тельными напряжениями при сдвиге по контакту пород:

- стандартная прочность; —.— длительная прочность

Таблица 1

Породы Временное сопротивление одноосному сжатию. кгс/сы^ Коэффициент длительной прочности Суглинки <2 0,40 4 0,70 Глины <3 0,40 6 0,60 10-20 0,70 Аргиллиты < 10 0,60 20 0,65 40 0,70 50 0,75 100-200 0,80 Алевролиты < 10 0,65 Песчаники 20 0,70 Конгломераты 50 0,75 Выветрелые разности извержен- 100 0,80 ных и метаморфических пород 150-500 0,85 Крепкие породы: изверженные 600-1000 0,90 и метаморфические породы, кварцевые и железистые песчаники, известняки, сидерити-зированные аргиллиты, кристаллические и слюдяные сланцы > 1000 0,95

В тех случаях, когда длительные испытания пород не проводятся, коэффициент длительной прочности принимается в зависимости от прочности на одноосное сжатие по табл. 1.

2.8. Сцепление по естественным поверхностям ослабления, по которым замечены следы скольжения, необходимо принимать в пределах 2—5 тс/м²; по контактам трещин небольшого протяжения сцепление необходимо принимать в пределах 5—20 тс/м² в зависимости от видимых следов нарушения сцепления на обнаженных контактах и от наличия трещин, по которым сцепление оказалось ненарушенным.

Угол трения по контактам определяется на рычажном прессе по методике длительных испытаний (см. приложение 2). При испытаниях необходимо учитывать следующее:

—    крепкие породы в широкой зоне по показателю шероховатости имеют практически одинаковый угол трения;

—    по контактам двух разных пород угол трения равен углу трения наиболее слабой породы;

—    график длительной прочности, полученный испытанием обводненного контакта, учитывает разуплотнение породы при снятии нормальной нагрузки;

—    для весьма слабых пород типа глин, суглинков и сильно вы-ветрелых аргиллитов прочность по контактам характеризуется при нормальных напряжениях, меньших граничного б'_л (см. рис. 1), показателями р¹ и к¹ и при 6_п > б‘_п — величиной 'С_тдх

В табл. 2 для практического использования приведены углы трения наиболее распространенных пород, полученные при исследованиях на многих разрезах.

Таблица 2

Наименование контакта	Прочность на одноосное сжатие, беж, кгс/см^	Угол трения я; градус	Максимальное сопротивление сдвигу # шах, кгс/см2
Глина пластичная......	<2	12	0,6
Глина жирная .......	4	12	0,9
Аргиллит-аргиллит .....	< 10	10	1,5
Аргиллит-гладкий контакт . .	> 10	10	-
Аргиллит-шероховатый контакт	> 10	17	-
Аргиллит-уголь ......	> 10	8-10	—
Алевролит-гладкий контакт		18	—
Алевролит-шероховатый контакт		24	-
Алевролит-уголь ......		15	—
Песчаник.........		30	_
Мрамор..........		32	-
Диабаз..........		20	-
Зеркальные контакты крепких пород ..........		6-10	_