Методика расчета объемов оползневых деформаций на карьерах при сейсмическом воздействии на горный массив

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика расчета объемов оползневых деформаций на карьерах при сейсмическом воздействии на горный массив

Интенсивное развитие открытых горных работ сопровождается увеличением глубин разработок, которая на многих карьерах в настоящее время превышает 200 м. В ближайшие десятилетия глубина карьеров увеличится до 500 -700 м. В качестве примера в таблице приведены характеристики глубоких карьеров Кривбасса.

оползень горный грунт деформационный

Некоторые параметры глубоких карьеров Кривбасса

Эксплуатация глубоких карьеров достигла в настоящее время таких масштабов воздействия на верхнюю часть земной коры, что ее реакция может быть сопоставима с уровнем интенсивности проявления геологических процессов, сопровождаемых тектоническими движениями, наведенными землетрясениями и техногенной разгрузкой массива горных пород. Главной особенностью проявления геологических процессов является развитие инженерно-геологических явлений, сопровождающихся внезапным возникновением обрушений и оползней уступов и бортов карьеров.

За 30-40 летний период строительства и эксплуатации карьеров Кривбасса, произошло более 500 случаев оползневых явлений (деформаций откосов, уступов и бортов) запаспортизированных и проанализированных по системе, принятой в ряде отраслей горнодобывающей промышленности.

Общий объем оползневых масс в карьерах Кривбасса за время их существования составил не менее 20 млн. м³.

Таким образом, актуальность изучения и прогнозирования опасных геодинамических процессов на карьерах с увеличением масштабов ведения горных работ только будет возрастать. Их решение неразрывно связано с вопросами эффективности и безопасности ведения открытой разработки месторождений, требованиям рационального природопользования [1].

В статье рассматривается численно-аналитическая модель прогнозирования деформационных процессов на карьерах с учетом сейсмического воздействия на массив.

Дело в том, что ранее выполненные исследования не всегда позволяли объяснить явление оползнеобразования на отдельных участках карьера [2-4].

Это объяснение возможно за счет более адекватного учета ряда факторов. В первую очередь это относится к оценке сейсмического воздействия на массив при ведении буро-взрывных работ (БВР). На основе анализа имеющихся экспериментальных данных проведен расчет зон ослабления прибортового массива. В соответствии с этим определены характерные зоны (рисунок 1).

Зона ослабления А, мощностью около 6 м, представляет собой нарушенную горную породу в результате БВР.

Зона ослабления Б представляет собой сильно трещиноватую горную породу, располагающуюся в непосредственной близости от места проведения БВР. Эта зона характеризуется сдвиговыми деформациями в горном массиве. Мощность слоя принимается порядка 12 м.

Зона ослабления С в массиве характеризуется упруго-пластическими деформациями. Мощность слоя составляет примерно 32 м.

Зона Д в массиве характеризуется упругими деформациями горной породы. Простирается вглубь массива, поэтому размеры зоны не оговариваются.

Для оценки габаритов и объемов возможного оползня использовалась численно-аналитическая модель, базирующаяся на применении интегральных поверхностей сдвижения горных пород [5,6,7].

В прибортовой зоне массива горных пород выделено четыре характерных зоны ослабления А, Б, С и Д. Принималось, что контура зон ослабления имеют произвольную форму, при этом, мощность зон ослабления имеет номинальную величину с разбросом в диапазоне порядка 30%. Следует отметить, что номинальная величина мощности зоны ослабления А зависит от количества оставленной на борту взорванной горной породы.

Методика построения габаритов оползня и вычисление его объема заключается в следующем. Как известно, индикатором начала развития оползня (в том числе и обрушения) является факт появления на дневной поверхности борта карьера вертикальных трещин определённой глубины. Поэтому местоположение вертикальных трещин принимается за исходную позицию при построении тела оползня. Глубина вертикальных трещин, в основном, зависит от физико-механических свойств горных пород. За исходную точку построения интегральных поверхностей сдвижения принимаем основание вертикальной трещины, которое располагается на глубине от дневной поверхности борта карьера. С использованием пакета программ в массиве рассчитывается местоположение и форма интегральной поверхности сдвижения. Интегральная поверхность сдвижения простирается вниз по откосу борта карьера и заканчивается, либо на глубине , либо соединяется с трещинами массива горных пород, например, падающими в выработанное пространство. Такие интегральные поверхности сдвижения являются поверхностями сдвижения, которые определяют русло оползня (рисунок 2). Совокупность интегральных поверхностей сдвижения, построенных из оснований вертикальных трещин, позволяет определить габарит русла оползня по длине (рисунок 3). Предполагаем, что начальный сдвиг оползня происходит по его руслу. Следовательно, боковые габариты оползня можно построить из граничных точек русла оползня, принадлежащих граничным интегральным поверхностям сдвижения (см. рисунок 3, выноска 1). Из этих исходных точек (см. рисунок 2), например, в сечениях I-I, II-II, III-III, IV-IV, V-V, VI-VI рассчитывается местоположение и форма интегральных поверхностей сдвижения (см. рисунок 3, выноска 2). Интегральные поверхности сдвижения заканчиваются, либо на глубине , либо соединяются с системой трещин горного массива. Далее они выходят на дневную поверхность борта карьера и оконтуривают боковые габариты тела оползня. На дневной поверхности бортов карьеров боковые габариты тела оползня имеют характерную извилистую форму. Линия бокового габарита то приближается к центру русла оползня, то удаляется от него. Это объясняется местоположением по глубине интегральной поверхности сдвижения, определяющей русло оползня, относительно дневной поверхности борта карьера.

Глубина расположения интегральной поверхности под бермой уменьшается, начиная от кромки бермы до подошвы следующего уступа. Следует добавить, что форма боковых границ тела оползня также зависит от распределения физико-механических свойств горного массива.

Тело оползня на данный момент времени обретает свои габариты по длине, ширине и глубине. При этом распределение скоростей движения масс грунта в русле и боковинах русла (участки, спадающие в русло) различно. Такой процесс движения описывается динамикой тела оползня с переменной массой. Распределение физико-механических свойств массива горных пород и их изменение в результате динамики движения оползня формирует новые габариты тела оползня во времени. Следует отметить, что текущие габариты не будут очень сильно отличаться от исходных. Это объясняется тем, что глубина оползня у его подошвы меньше чем в средней части (см. рисунок 2, глубина сечений I-I, II-II, IV-IV). Такое распределение глубин формирует сужение габаритов тела оползня у его подошвы. Кроме того, тело оползня имеет вдоль русла переменную глубину, что влияет на динамику сдвижения горной породы. Качественный учет динамики движения оползня позволяет внести (на экспертном уровне) поправки при расчетах габаритов и объемов тела оползня.

Объем тела оползня определяется по габаритам, рассчитанным с помощью интегральных поверхностей сдвижения, следующим образом. Суммируем площади продольных сечений русла оползня. Например, на рисунке 2 одна из таких площадей составляет величину 2080 м². Суммирование выполняется по ширине русла оползня, в частности, такая ширина составляет 70 м. Объем русла будет (при однородном массиве горных пород) составлять 70 м 2080 м² =145600 м³. Далее определяем объем боковых участков тела оползня. Вычисляем следующие объемы (см. рисунки 2, 4): от подошвы оползня до сечения I-I, от сечения I-I до сечения II-II, от сечения II-II до сечения III-III, от сечения III-III до сечения IV-IV, от сечения IV-IV до сечения V-V, от сечения V-V до сечения VI-VI, от сечения VI-VI до места возникновения вертикальных трещин ().

м³,

м³,

м³,

м³,

м³,

м³,

м³,

Таким образом, полный объем тела оползня составляет

145600 + 33088 = 178688 м³.

Разработанная численно-аналитическая модель позволяет прогнозировать исходные контуры тела оползня по форме дневной поверхности откоса и физико-механическим свойствам массива горных пород. В частности, для пологого гладкого склона, имеющего однородную структуру горного массива, форма исходного тела оползня в плане представлена на рисунок 5. Такая форма контуров оползня нередко наблюдается на отвалах.

Таким образом, разработанная численно-аналитическая модель прогнозирования местоположения и формы оползней может применяться для решения практических задач. Следует отметить, что глубина оползня не всегда достаточно правильно определяется по существующим инженерным методикам, что, в свою очередь, влияет на оценку объемов произошедшего или прогнозируемого оползня. Представленные результаты являются логическим продолжением теоретических положений, рассмотренных в работах [7, 8].

Перечень ссылок

1. Прогноз устойчивости и оптимизация параметров бортов глубоких карьеров / С.З. Полищук и др. - Днепропетровск: Полиграфист, 2001. - 371 с.

2. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. - М.: Недра, 1972. - 310 с.

3. Рекомендации по инженерно-геологической типизации оползневых склонов применительно к задачам оценки устойчивости и инженерной защиты. - М.: Стройиздат, 1984.

4. Современные методы прогноза оползневого процесса. - М.: Наука, 1978. - 154 с.

5. Голуб В.В., Полищук С.З. Дифференциальное уравнение линии сдвижения природных и техногенных откосов // Сб.науч. тр. НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГАУ, 2000. - №9. - Т. 2. - С. 140-146.

6. Полищук С.З. Методы теории управления состоянием массивов горных пород в задачах природно-техногенной безопасности // Екологія і природокористування. Зб. наук. праць ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ. - 2003. - Вип.5. - С. 221-230.

7. К вопросу о прогнозировании деформаций откосов и склонов / С.З. Полищук, В.В. Голуб, Ю.Д. Баранов, В.Д. Шурыгин // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСиА, 2004. - Вып. 28. - С. 72-76.

8. Прогнозирование деформационных процессов на глубоких карьерах / С.З. Полищук, В.В. Голуб, К.В. Панин и др. // Екологія і природокористування. Зб. наук. праць ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ. - 2003. - Вип.6. - С. 179-183.

Размещено на Allbest.ru