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

Следует особо сказать о сложноскладчатых массивах метаморфических пород в фундаменте древних платформ (месторождения железистых кварцитов). Нередко они характеризуются изменчивым залеганием слоистости пород. Обычно эта изменчивость не устанавливается по данным детальной разведки месторождений полезных ископаемых, на основе которых проектируются и отстраиваются борта карьеров, что приводит к локальным подрезаниям слоев пород карьерными откосами и их деформациям. Наиболее распространенные причины изменчивости залегания слоистости пород: осложнение крыльев складок флексурными изгибами и другими пликативными нарушениями высоких порядков, ундуляции (поднятие и погружение шарниров складок). Пликативные осложнения крыльев складок могут вызвать деформации уступов борта карьера, ориентированного по простиранию пород, а ундуляции создают опасную обстановку в торцевых частях карьера.

Первичная структура скального массива любого типа (неслоистого или слоистого) существенно усложняется его гипергенной разгрузкой за счет эрозии лежащей когда-то выше современной дневной поверхности толщи пород и процессами выветривания. При оценке устойчивости карьерных откосов обычно учитывается только верхняя зона дезинтегрированных и выветрелых с существенным преобразованием первичного минерального состава пород, которая фиксируется детальной разведкой месторождения. Нижняя зона, в границах которой гипергенные преобразования в массе горных пород слабо заметны, практически не изучается и не учитывается в расчетах устойчивости массива. Мощность нижней зоны может достигать ста и более метров. При кажущейся свежести и высоких прочностных характеристиках пород средний размер блока в ней меньше, чем в совершенно неизмененном массиве, а по трещинам наблюдаются следы проникновения воды и выщелачивания заполнителя. Все это снижает сцепление по трещинам между породными блоками и в целом устойчивость массива, что фиксируется отсутствием гладкого откола при формировании стационарных уступов карьера в нижней зоне способом предварительного щелеобразования. Указанные явления наблюдались авторами в карьере Ковдорского ГОКа.

Геометрия границ зон интенсивного и слабо проявленного гипергенеза в горном массиве подчиняется литолого-структурному контролю. По крутопадающим разрывным нарушениям и в меньшей степени по телам пород, наиболее склонных к гипергенным изменениям, эти зоны, обычно обводненные, уходят на большую глубину, образуя в неизмененном массиве линейные полосы и клинья, аналогичные по своему влиянию на устойчивость карьерных откосов прослоям слабых пород. Такие полосы и клинья широко распространены на Михайловском месторождении КМА, причем глубина их проникновения в массив железистых кварцитов достигает 400 м.

В заключение следует сказать, что охарактеризованные здесь те или иные опасные с точки зрения устойчивости карьерных откосов геологоструктурные обстановки на каждом эксплуатируемом месторождении, где они могут проявиться, имеют свое конкретное воплощение. Для предотвращения опасных деформаций карьерных откосов необходимо знать структуру разрабатываемого массива в прибортовой зоне карьера. Как правило материалов детальной разведки месторождения для этого явно недостаточно из-за редкой сети скважин по вмещающим полезное ископаемое породам и низкой представительности геолого-структурных данных по керну скважин. Наиболее эффективным способом получения достаточно полной и достоверной информации о структуре массива является детальное геологоструктурное картирование карьерного поля и создание на базе его результатов компьютерной модели структуры массива, позволяющей в оперативном режиме оценивать устойчивость карьерных откосов при различных вариантах их ориентировки и конструкции [1].

Выводы

В неслоистых массивах главным фактором устойчивости карьерных откосов являются трещинно-разломные системы. По условиям возникновения деформаций откосов в них следует различать 4 основных типа структурных обстановок (квазиоднородная среда; трещина, падающая в сторону выемки и в плане ориентированная вдоль карьерного откоса; две кососекущие трещины, падающие навстречу друг другу и образующие желобообразную поверхность скольжения, наклоненную в карьер; сочетание нескольких трещин, следующих вдоль уступов карьера и имеющих разные углы падения).

Полезные статьи

Основной закон кристаллографии.
Рождение кристаллографии как науки связывают с именем Николая Стенона, который в 1669 году сформулировал закон постоянства углов: ╚Кристаллы р ...

Роль государства в сфере НИОКР
При отсутствии государственного вмешательства частные фирмы склонны к "недовложению" средств в фундаментальные исследования. Основными зо ...

Исторические события
Археологические раскопки показывают, что первобытные люди поселились на земле современной Португалии ещё в эпоху палеолита. Во второй половине 1 тыс ...