Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости

приказом Комитета

по государственному контролю

за чрезвычайными ситуациями и промышленной безопасностью

Республики Казахстан

от «22» сентября 2008 года

№ 39

Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости

Глава 1. Общие положения
1. Предотвращение оползней и обрушений откосов на карьерах, а также разработка мероприятий, снижающих вредное воздействие деформаций уступов, бортов, отвалов и территорий, прилегающих к карьеру, является необходимым условием бесперебойной работы горного предприятия.

2. Целью комплекса работ, предусматриваемых «Методическими указаниями по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости», является:

1) изучение деформаций бортов карьеров, уступов и отвалов и выявление причин их возникновения;

2) установление оптимальных параметров откосов участков горных работ;

3) предупреждение оползней и обрушений откосов на карьерах, разработка и применение мер, исключающих проявление деформаций, опасных для жизни людей и влекущих за собой снижение экономической эффективности горных разработок.

3. Для достижения этих целей на карьерах следует проводить систематические инструментальные наблюдения за деформациями откосов, изучение физико-механических свойств горных пород, а также геологических и гидрогеологических условий месторождения.

4. Для разработки противодеформационных мероприятий, предотвращающих опасное проявление деформаций откосов на карьерах, выполняются следующие виды работ:

1) проведение систематических глазомерных наблюдений за состоянием откосов в карьере и на отвалах; изучение геологических и гидрогеологических условий месторождений; изучение условий залегания породных слоев, структуры массива полезного ископаемого, налегающих и вмещающих пород основания отвалов;

2) выявление зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций откосов на карьерах и организация на этих участках стационарных инструментальных наблюдений;

3) проведение инструментальных наблюдений за деформациями бортов уступов и откосов отвалов;

4) изучение возникающих нарушений устойчивости, установление их характера, степени опасности и причин возникновения, их документация;

5) составление проектов искусственного укрепления ослабленных зон и участков, контрфорсов, пригрузок откосов, специальной технологии горных работ и других мероприятий по борьбе с разрушениями откосов на карьерах;

6) систематический контроль состояния противодеформационных сооружений и выполнения мероприятий, предотвращающих развитие нарушений устойчивости откосов;

7) контроль соблюдения проектных параметров откосов уступов, отвалов и бортов карьеров; корректировка углов откосов рабочих уступов и отдельных участков рабочих бортов ^х).

5. В зависимости от горно-геологических и гидрогеологических условий разрабатываемых месторождений, срока службы карьеров, глубины разработок, горнотехнических условий и применяемого горного оборудования и механизмов на карьерах, выполняется весь комплекс работ, предусмотренный настоящей Инструкцией, или часть его.

Объем работ, подлежащих выполнению на каждом карьере, определяется техническим руководством предприятия и после согласования с местными органами Комитета по государственному конторолю за чрезвычайными ситуациями и промышленной безопасностью (Комитет) утверждается вышестоящей организацией.

6. Общее руководство за своевременным и качественным выполнением работ по наблюдениям за деформациями откосов и оперативному решению вопросов по обеспечению устойчивости бортов карьеров, откосов уступов и отвалов возлагается на главного инженера предприятия.

Работы, предусмотренные настоящими Методическими указаниями, рекомендуется выполнять инженерами и техниками маркшейдерской и геологической специальности, для чего в геолого-маркшейдерской службе горных предприятий предусматриваются соответствующие штаты.

7. На карьерах со сложными инженерно-геологическими условиями по усмотрению главного инженера предприятия в составе отделов геолого-маркшейдерской службы предприятия образуется специальная группа по обеспечению устойчивости бортов карьеров, состоящая из специалистов: технолога, маркшейдера и геолога.

Корректировка общих углов наклона бортов осуществляется проектной организацией на основе данных наблюдений.

Для выполнения специализированных работ, рекомендуемых Методических указаний, привлекаются научно-исследовательские, проектные, учебные и производственные организации соответствующего профиля. Привлечение специализированных организаций не освобождает от необходимости горного предприятия правильно и своевременно выполнять весь комплекс работ, необходимых для обеспечения устойчивости бортов уступов и отвалов.

8. На карьерах различают следующие виды нарушения устойчивости уступов, бортов и отвалов: осыпи, обрушения, оползни, просадки, оплывины и фильтрационные деформации:

1) осыпи характерны для всех видов горных пород и затрагивают, как правило, приповерхностную часть крутых откосов. Формируются они в течение значительного периода времени (несколько лет). Способствуют выполаживанию общего угла наклона борта карьера за счет уменьшения площадок (берм) уступов. Иногда осыпи являются источником образования более крупных нарушений устойчивости (оплывин, оползней);

2) обрушения (пункт 31 приложения 1) захватывают значительные части массивов горных пород и возникают при углах откосов, превышающих 25 – 35°; активная стадия обрушений протекает практически мгновенно. Обрушения представляют наибольшую опасность для людей и механизмов, работающих на нижележащих уступах;

3) оползни (пункт 35 приложения 1) - наиболее распространенный вид нарушения устойчивости откосов, связанный с наличием в толще пород пластичных прослоек, слоев и слабых контактов; они происходят при углах наклона бортов и откосов уступов положе 25 – 35°; активная стадия оползней протекает в течение значительного времени (от нескольких часов до нескольких месяцев). Оползни вовлекают в движение значительные массы горных пород - от сотен до нескольких млн. м³; в ряде случаев оползни приводят к полному прекращению работ в карьере;

4) просадки (пункт 47 приложения 1) связаны с уплотнением рыхлых высокопористых отложений и отвальных пород под влиянием внешних пригрузок, увлажнения атмосферными осадками и способностью к консолидации. Обычно это наименее опасный вид нарушения устойчивости, однако в определенных условиях может служить причиной серьезных нарушений режима работы, аварий и травм;

5) оплывины (пункт 34 приложения 1) характеризуются перемещением в виде потока насыщенных водой до текучего состояния некоторых разновидностей песчано-глинистых пород нарушенной структуры - пылеватых песков и глин, а также лессовидных суглинков и лессов. Оплывины захватывают значительные объемы пород, развиваются интенсивно, часто приобретая катастрофический характер;

6) фильтрационные деформации, вызываемые подземными водами, разделяются на оплывание, выпор, механическую суффозию и фильтрационный вынос вдоль трещин;

7) оплывание связано с переносом и переотложением грунтовых частиц подземными водами, вытекающими на откос в пределах промежутка высачивания; наибольшее развитие процесс получает в песчаных грунтах (рисунок 1). Процесс оплывания песков идет относительно равномерно в том случае, когда перед откосом имеется площадка для размещения оплывающих масс песка (рисунок 1). При «подрезанном водоупоре» (рисунок 1, б)) оплывание характеризуется резко выраженной неравномерностью, что приводит к образованию промоин, а при устойчивых сводах - к возникновению пещер.

Оплывание является причиной деформаций вышележащих пород (рисунок 1, в)).

Фильтрационный выпор-нарушение устойчивости частично подтопленных песчаных откосов, при котором приходит в движение некоторый его объем; выпор происходит под влиянием сил тяжести и гидродинамического давления, которое играет в этом процессе основную роль.


- первоначальное положение откоса

- оплывший песок

Рис. 1

а- схема оплывающего откоса; б – схема оплывающего

« козырьков нависания» при оплывании

где а - угол откоса, устойчивого на выпор,

На промежутке высачивания незатопленного откоса деформаций выпора не наблюдается;

8) механическая суффозия - вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил. Суффозионные явления наблюдаются главным образом в песчаных грунтах с коэффициентом неоднородности η < 15-20. По данным В.С. Истоминой (1957 г.) при величинах η < 10 суффозионные явления возникают лишь при весьма больших градиентах (0,5 - 1,0). Такие градиенты фильтрации в песчаных породах в практике эксплуатации карьеров встречаются крайне редко и лишь на весьма ограниченных участках, поэтому суффозионные явления - весьма редкий тип фильтрационных деформаций откосов на карьерах.

Фильтрационный вынос вдоль трещин носит эрозионный характер и развивается в слабосцементированных породах с характерной естественной трещиноватостью. В отдельных случаях фильтрационный вынос приводит к образованию подземных пустот и провальных воронок. Этот вид деформаций встречается редко и имеет существенное развитие лишь в рыхлых слабосцементированных песчаниках.

Из других видов деформаций откосов уступов и бортов карьеров, связанных с влиянием поверхностных и подземных вод, следует отметить поверхностную эрозию, выщелачивание и растворение пород.

Поверхностной эрозии подвержены песчано-глинистые рыхлые породы, слагающие борта карьеров. Эрозия развивается под воздействием на породы поверхностных потоков атмосферных или технических вод, а также подземных вод, вытекающих в карьер.

Выщелачиванию подземными водами чаще всего подвергаются карбонатные трещиноватые породы. Процесс выщелачивания развивается медленно, поэтому при отработке месторождений он не оказывает существенного влияния на устойчивость бортов карьеров. Однако наличие естественных карстов осложняет ведение горных работ и ухудшает устойчивость откосов, так как при вскрытии их возможны значительные водопритоки и вынос рыхлого заполнителя.

Наиболее существенное влияние на устойчивость бортов оказывает соляной карст, связанный с быстрым растворением солей (галита, ангидрита), который является причиной обрушения борта карьера.

Деформации в лессовидных породах (просадки) связаны с растворением цементирующих соединений; деформации носят локальный характер и, как правило, не оказывают существенного влияния на устойчивость бортов карьеров.

На карьерах наблюдаются также провальные явления под влиянием подземных разработок и карстовых процессов.

9. При анализе условий возникновения деформаций откосов различают факторы, способствующие возникновению деформаций, и причины их возникновения:

1) основными факторами, способствующими развитию деформаций откосов на карьерах, являются:

наличие поверхностей ослабления – тектонических нарушений, поверхностей скольжения древних оползней, слабых контактов между слоями;

обводненность пород и слабая их дренируемость;

интенсивная трещиноватость отдельных участков;

наличие прослоев слабых глинистых пород;

2) основными причинами развития деформаций откосов являются:

несоответствие углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов или несоответствие их высот геологическим условиям;

отсутствие дренажа или недостаточная его эффективность;

неправильное ведение горных работ (буро-взрывных, экскаваторных и других) и очередности отработки участков;

неправильная оценка устойчивости откоса или принятие углов откосов без достаточного обоснования.

Указанные геологические факторы, снижающие прочность и устойчивость в откосах массива горных пород, невозможно с необходимой детальностью выявить при разведке месторождений, поэтому при определении параметров откосов в период проектирования карьера они не учитываются с необходимой полнотой. Детальное изучение неблагоприятных для устойчивости откосов геологических факторов производится в период строительства и эксплуатации карьеров.

10. Визуальное обследование состояния откосов на карьерах проводится не реже одного раза в месяц участковым маркшейдером или геологом и включает в себя фиксирование всех признаков начинающихся деформаций откосов, геологических и горнотехнических факторов, влияющих на устойчивость откосов.

Результаты визуального обследования состояния откосов заносятся в специальный журнал осмотра состояния откосов и подписываются лицом, произведшим осмотр.

На основе этого обследования определяется объем работ по наблюдениям за деформациями откосов и обеспечению устойчивости и безопасности работ в карьере.

11. При выполнении наблюдений за деформациями откосов на карьерах необходимо соблюдать Требования безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.

В случаях, когда на бортах карьера проводятся профилировка откосов, наблюдения за выветриванием пород в уступах и натурные испытания больших призм, рекомендуется производить предварительную сборку откосов уступов с целью предотвращения вывалов отдельных кусков породы.