Структурные особенности массивов скальных пород и их влияние на устойчивость карьерных откосов

Если слоистость пород субгоризонтальна или падает от карьерной выемки, она не участвует в формировании потенциальной поверхности скольжения, а основную роль в этом играют трещины и разрывные нарушения. В этих случаях все рассмотренные выше для неслоистых массивов структурные обстановки, провоцирующие деформации карьерных откосов имеют место и в слоистых массивах. Однако для слоистых массивов более характерны структурные обстановки, обусловленные исключительной или основной ролью в возникновении деформаций карьерных откосов границ раздела слоев и слабых прослоев. Следует выделить 5 главных типов таких обстановок.

Первый тип – субгоризонтальнозалегающая (0¸5°) слоистая толща осадочных пород относительно небольшой прочности со слабым контактом или прослоем пород в основании борта карьера (рис. 2,а). В указанной ситуации возможно формирование в прибортовом массиве клина давления, а затем хрупкое разрушение пород призмы упора с вовлечением в процессе оползания больших (до нескольких десятков миллионов кубометров) объемов пород. Такие деформации обычно начинаются оползнем неустойчивого массива, а завершаются его обрушением. Механизм подобных оползней-обрушений и примеры их проявления на карьерах, разрабатывающих угольные месторождения, изложены в работе Э.Л. Галустьяна [2].

Рис. 2. Основные типы геологоструктурных обстановок, вызывающих деформации откосов карьеров в массивах скальных слоистых

горных пород

1 – слабый контакт или прослой; 2 – разрывное нарушение (крупная трещина); 3 – плоскость отрыва породного блока; 4 – круглоцилиндрическая поверхность скольжения; стрелками показано направление движения породного блока.

Второй тип – слоистость направлена в карьер полого под углом 10-25° и подрезается откосом, причем сами породы достаточно прочные, но выветрелые со слабым сцеплением между элементарными структурными блоками (отдельностью) и прослоями глинистого или углисто-глинистого состава, по которым в основном и формируются поверхности скольжения. В такой обстановке оползни обычно возникают при подрезании со стороны массива породного блока, лежащего на поверхности ослабления, крутопадающим разрывным нарушением, идущим вдоль контура карьера (рис. 2,б). Иногда отрыв тела оползня от массива происходит по ступенчатой границе, образованной сочетанием плоскостей напластования и субперпендикулярных им трещин отдельности (рис. 2,в).

Наиболее известные примеры деформаций в описанной ситуации связаны с массивами карбонатных пород (известняков и доломитов). В частности, за время эксплуатации карьеров Донбасса, разрабатывающих флюсово-карбонатное сырье, при пологом (до 10-12°) залегании продуктивной толщи зафиксированы десятки оползней объемом до 0,5-1 млн. м3 [4]. Неоднократно оползни объемом до 0,3 млн. м3 происходили на участке "Западный отрог" карьера Коршуновского ГОКа, сложенном известняками, падающими под углом 15-20° в сторону выемки.

Третий тип – слоистость пород падает в сторону выемки под углом 25-60° и подрезается более крутыми карьерными откосами (рис.2,г). Это самая распространенная при открытой разработке складчато-слоистых горных массивов ситуация, приводящая к обрушениям одного или нескольких уступов.

Четвертый тип – в массиве крутопадающих слоистых пород имеется пологонаклонная плоскость ослабления (разрывное нарушение), причем слоистость и это нарушение падают в карьер, простираясь вдоль его уступов. При подрезании нарушения карьерным откосом породный блок может оторваться от массива по границе раздела слоев и скользить по плоскости разрывного нарушения (рис.2,д).

Пятый тип – массив сложен яснослоистыми породами субвертикального (90 ±5-10°) залегания. Разрушение карьерного откоса в данном случае происходит за счет изгиба, межслоевых подвижек, разворота и опрокидывания слоев осадочных, реже метаморфических пород. Собственно изгиб слоев, т.е. их преимущественно пластическая деформация, наблюдается только в массивах осадочных пород относительно невысокой прочности; в частности, на угольных месторождениях. Например, участок северо-восточного борта разреза "Северный" (Экибастузское месторождение), сложенный слоями с отклонениями от вертикального падения ±5°, неоднократно деформировался при угле наклона 14¸16°, тогда как из расчета прочности пород вкрест наслоения он должен быть устойчивым при угле 60° с нормативной величиной коэффициента запаса устойчивости, равной 1,3 [3]. Слои крепких осадочных и особенно метаморфических пород "изгибаются" по ломаной линии, расчленяясь на плитчатые блоки. Локальные обрушения, вызванные субвертикальным залеганием пластов железистых кварцитов, наблюдаются в карьерах Лебединского (западный борт), Ингулецкого (восточный борт) и Полтавского (западный борт) горно-обогатительных комбинатов.

Полезные статьи

Анализы и результаты.
Геохимия углей и шахтных вод Донецко-Макеевского углепромышленного района. При анализе содержания химических элементов в углях района относительно ...

Сельское хозяйство
В сельском хозяйстве республики ведущую роль играет животноводство преимущественно молочно-мясного направления, развиваются свиноводство и птицеводс ...

Географическое положение, состав, трудовые и природные ресурсы Северо-Кавказского ЭР.
Состав района - Ростовская область, Краснодарский и Ставропольский край, республики Адыгея, Дагестан, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкессия, Севе ...