Основные понятия и термины, используемые при изучении устойчивости откосов на карьерах

к Методическим указаниям по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости

2. Активная стадия развития деформаций откосов - период с момента появления видимых признаков разрушения массива горных пород до начала стадии затухания деформаций.

3. Анизотропная горная порода - горная порода, свойства которой в различных направлениях неодинаковы. Ярко выраженной механической анизотропией обладают многие осадочные породы (сланцы, глины), прочность которых вкрест наслоению в несколько раз выше, чем по наслоению.

4. Берма - (площадка уступа).

5. Борт карьера (БК)- боковая поверхность, ограничивающая карьер. БК

в вертикальной плоскости может быть плоским, выпуклым, вогнутым и ломаным; в плане - прямолинейным и криволинейным (с выпуклостью в сторону выработанного пространства или в сторону подвигания горных работ). Различают рабочие и постоянные БК; характеризуется БК высотой и углом наклона.

6. Бровка - линия пересечения поверхности откоса уступа (яруса отвала) с поверхностью площадок (верхней или нижней), соответственно называемая верхней и нижней бровками. Нижняя бровка нижнего уступа называется контуром дна карьера, верхняя бровка верхнего уступа (линия пересечения откоса верхнего уступа с дневной поверхностью) - контуром карьера.

7. Величина сдвига горных пород (угол сдвига) - отношение разности абсолютных сдвижений отдельных точек массива к расстоянию между ними по нормали к направлению смещения. Если векторы смещения отдельных точек массива не параллельны между собой, то при определении величины сдвига направления и величины вeкторов смещения подвергаются закономерному сглаживанию.

8. Величина смещения оползня (обрушения) - горизонтальное проложение пути, пройденного смещенными породами от нижней бровки откоса по направлению смещения.

9. Вектор смещения (ВС) - направленный отрезок, изображающий в некотором масштабе абсолютное смещение отдельной точки дневной поверхности или массива горных пород в пространстве на определенный момент времени. При обработке маркшейдерских измерений B.C. строятся на каждую серию наблюдений, то есть характеризуют смещение peперов за период между наблюдениями.

10. Вертикальные деформации (ВД) - характеризуют изменение положения точек дневной поверхности или массива горных пород в вертикальной плоскости. Различают абсолютные и относительные ВД, последние вызваны неравномерностью смещения точек (реперов) в вертикальной плоскости.

11. Виды нарушений устойчивости откосов - разрушающие деформации откосов уступов и бортов карьеров и отвалов: оползни, обрушения, оплывины и просадки, а также фильтрационные деформации - выпор, оплывание, суффозия, фильтрационный вынос вдоль трещин.

12. Время стояния откоса - измеряется промежутком времени, в течение которого откос находился в нерабочем состоянии, и включает в себя продолжительность скрытой стадии деформаций откоса.

13. Вторичные подвижки - активизация ранее наблюдавшихся деформаций (главным образом оползней), возникающая в результате внешних воздействий (влияние подземных вод, выпадение атмосферных осадков, таяние снегов, уборка части оползших масс, внешней пригрузки и тому подобное), нередко сопровождающаяся вовлечением в движение масс горных пород, не затронутых ранее разрушающими деформациями.

14. Высота деформированного откоса - разность между максимальной и минимальной высотными отметками откоса до нарушения его устойчивости.

15. Глубина развития деформации - расстояние (по горизонтали) от первоначального положения верхней бровки (контура карьера) откоса до последней визуально прослеживаемой трещины в направлении, противоположном направлению движения смещенных масс.

16. Глубинный репер - (репер).

17. Горизонтальные деформации (ГД) - характеризуют изменение положения точек дневной поверхности или массива горных пород в плане. Различают абсолютные и относительные ГД. Последние вызваны неравномерностью смещения отдельных точек (реперов) в плане, что приводит к сжатию или растяжению массива.

18. Графики сдвижений и деформаций - линии, изображающие в определенном масштабе распределение величин сдвижений и деформаций земной поверхности или горных пород на профильной линии. Различают графики (кривые): а) вертикального сдвижения (оседания); б) горизонтального сдвижения; в) сдвига горных пород; г) горизонтальных деформаций (сжатий и растяжений); д) скорости смещения.

19. Деформация горных пород - изменение формы и объема горных пород под действием различного рода сил (гравитационных, сейсмических, внешних пригрузок от горнотранспортного оборудования и так далее). Различают упругие, пластические и разрывные деформации. При упругих деформациях после снятия нагрузки форма тела восстанавливается. Пластические и разрывные деформации необратимы. Большинство горных пород при повышении нагрузок претерпевает все три стадии деформирования. У глинистых пород упругая деформация практически отсутствует.

20. Динамическая нагрузка (ДН) - кратковременное силовое воздействие на массив горных пород, вызванное работой горнотранспортного оборудования, сейсмическим воздействием взрывных работ или землетрясениями. При недостаточном запасе устойчивости откоса ДН может привести к его разрушению.

21. Длина по фронту оползания, обрушения, оплывины - протяженность уступов или борта карьера, подверженного разрушающей деформации. Измеряется наибольший размер нарушенного участка, повторяющий конфигурацию бровок откоса. В том случае, если нарушению устойчивости подвержено несколько уступов, указывается суммарная величина по всем горизонтам. Если нарушение устойчивости циклично развивается вдоль фронта работ - указывается общая длина вне зависимости от времени развития вторичных подвижек.

22. Закол - визуально прослеживаемая трещина на верхней площадке уступа или дневной поверхности, образовавшаяся в результате развития деформаций откоса.

23. Изотропная горная порода - горная порода, механические свойства которой в различных направлениях одинаковы.

24. Искусственное укрепление горных пород - мероприятия, направленные на повышение устойчивости горных пород в условиях их естественного залегания. Различают следующие методы придания горным породам повышенной прочности: а) механические (штанговое крепление, шпунты, сваи, тяжи, подпорные и контрфорсные стенки); б) цементационные (обжиг, цементация, смолизация, битумизация, силикатизация); в) изоляционные (торкрет-бетон, набрызг-бетон, одернование и лесопосадка, гидрофобизирующее покрытие из мылонафта и другие); г) комбинированные (например, электроосмос и термообработка, штанговое крепление и цементация, штанговое крепление и гидроизоляционное покрытие и так далее).

25. Исходный репер - (смотри выше «репер»).

26. Коэффициент запаса устойчивости - отношение суммы всех сил, удерживающих откос в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия; действие этих сил во всех инженерных методах переносится на потенциальную (наиболее напряженную) поверхность скольжения. Для откосов эта величина принимается в пределах от 1,0 до 1,5; зависит от достоверности исходных данных при расчете, значимости откоса и срока службы.

27. Коэффициент структурного ослабления - соотношение прочности горных пород в массиве и образце. Определяется опытным путем.

28. Маркшейдерская наблюдательная станция - совокупность реперов, заложенных по определенной системе на земной поверхности, уступах борта карьера или отвала с целью изучения, посредством систематических инструментальных маркшейдерских измерений, закономерностей деформирования горных пород в откосах.

29. Наблюдательная станция на борту карьера - совокупность реперов, заложенных по определенной системе на земной поверхности и уступах борта карьера с целью наблюдения за деформациями земной поверхности и откосов уступов.

30. Неполная серия наблюдений - комплекс измерений, в результате которых определяется положение реперов в одной из плоскостей (горизонтальной или вертикальной).

31. Обрушение - быстрое смещение породных масс или блоков и пачек пород, слагающих откос, сопровождающееся дроблением смещающейся части массива. Поверхность отрыва обрушающихся пород от основного массива, как правило, совпадает с различного рода нарушениями сплошности массива (крупные трещины, слоистость, тектонические нарушения и тому подобное). Указанная поверхность залегает под углом, большим, чем угол внутреннего трения, поэтому после преодоления сил сцепления оторвавшийся массив не может удерживаться по этой поверхности силами трения и перемещается вниз к подошве откоса. Активная стадия обрушения протекает практически мгновенно.

32. Опасные деформации горных пород - деформации отвалов, уступов и бортов карьеров, площадок, а также прилегающей к карьеру территории, могут вызвать аварии горнотранспортного оборудования, ухудшающие условия работы, на карьерах, угрожающие безопасности работ в карьерах.

33. Оплывание - процесс разрушения горных пород, вызванный переносом и переотложением частиц пород подземными водами, вытекающими на откос.

34. Оплывина - перемещение некоторых разновидностей песчаноглинистых пород нарушенной структуры (пылеватых песков и глин, а также лессовидных суглинков и лессов) в виде потока насыщенного водой до текучего состояния, растекающегося по площадкам уступов под углом 4 – 6° и

менее. Оплывина развивается довольно интенсивно, часто приобретая катастрофический характер.

35. Оползень - медленное смещение масс горных пород слагающих откос (а нередко и его основание), происходящее в виде скользящего движения между смещающимися породами и неподвижным массивом. Наиболее крупный по размерам вид нарушения устойчивости откосов. Оползень обусловлен, главным образом, наличием в толще горных пород слабых увлажненных слоев, контактов, даек, тектонических нарушений.

36. Опорный репер-(репер).

37. Оседание () - вертикальное смещение массива горных пород в результате сжатия, уплотнения или иных видоизменений горных пород, слагающих откос или его основание. Весьма широко оседание распространено на отвалах глинистых пород, где оно составляет до 30 % от первоначальной высоты. Равномерное оседание, особенно связанное с консолидацией пород, в общем случае не представляет опасности.

38. Откос - наклонная часть поверхности открытой, горной выработки или искусственной насыпи (отвала). В зависимости от вида горнодобывающего оборудования откос может иметь плоский (экскаваторы - драглайны, многочерпаковые экскаваторы), вогнутый (прямая и обратная мехлопаты, цепные и роторные экскаваторы), ломаный (многочерпаковые экскаваторы) и сложный (роторные экскаваторы) профили.

39. Площадка (берма) уступа - горизонтальная часть поверхности уступа карьера, служащая для размещения горнодобывающих механизмов, транспортных путей, водосборных средств и приема и размещения осыпей и скатывающихся с поверхности откоса отдельных глыб горной породы. В соответствии с этим различают рабочие, транспортные, предохранительные площадки. Ширина площадок определяется размерами горнотранспортных машин, правилами технической эксплуатации и устойчивостью горных пород.

40. Поверхность скольжения - поверхность в массиве борта карьера (откоса уступа или отвала), являющаяся геометрическим местом точек максимальных относительных сдвигов горных пород и отделяющая смещающуюся часть от основной неподвижной части массива горных пород. В большинстве случаев поверхность скольжения связана с наличием в массиве поверхностей прочностной анизотропии горных пород (слабые контакты разнородных пород, трещины, тектонические зоны и нарушения, относительно малопрочные слои и прослойки). При оценке устойчивости откоса путем расчета выделяют расчетную поверхность, по которой производится сравнение сдвигающих и удерживающих сил.

41. Полная серия наблюдений - комплекс измерений на наблюдательной станции, в результате которых может быть определено положение реперов в пространстве; полная серия наблюдений состоит из нивелирования реперов и измерения расстояний между ними.

42. Полный вектор смещения - (смотри «вектор смещения»).

43. Предельная высота вертикального откоса (Н _в) - максимальная высота, при которой вертикальное обнажение устойчиво.

44. Предельная деформация борта - предельная величина сдвига пород, слагающих борта карьера, предшествующая активной стадии развития деформаций.

45. Призма обрушения борта карьера (откоса уступа, отвала) - часть массива горных пород (отвальных масс), заключенная между бортом карьера (откосом уступа или отвала) и поверхностью скольжения. Достигнув состояния предельного равновесия, призма обрушения борта (откоса уступа, отвала) отрывается от массива по поверхности скольжения и смещения к основанию борта (уступа, отвала).

46. Противооползневые мероприятия - комплекс мер профилактического характера, направленных на предупреждение, локализацию и предотвращение опасных деформаций (не только оползневых) откосов отвалов, уступов и бортов карьеров.

47. Просадки - неравномерное вертикальное опускание площадок уступов и поверхности отвалов, сложенных рыхлыми высокопористыми породами естественной и нарушенной структуры под влиянием собственного веса, динамических нагрузок и тому подобное. При просадках обычно не образуется сплошной поверхности скольжения. Особым видом просадочных явлений считаются провалы под влиянием карстовых процессов и подземных разработок.

48. Профильная линия - часть маркшейдерской наблюдательной станции в виде прямой или ломаной линии, по которой расположены реперы по наблюдению за деформациями горных пород. Состоит из рабочих и опорных реперов, которые располагаются, как правило, по направлению предполагаемых подвижек потенциальных нарушений устойчивости.

49. Рабочий репер - (смотри «репер»).

50. Расчетные характеристики - используемые при оценке устойчивости показатели физико-механических свойств горных пород.

51. Репер - закрепленная в натуре (на дневной поверхности, в массиве горных пород или в горной выработке) маркшейдерская точка с известными координатами. Различают исходные, опорные и рабочие реперы. В качестве исходных для наблюдений за деформациями горных пород в откосах служат пункты съемочного обоснования, полигонометрии I-го и II-го разрядов, триангуляции всех классов и микротриангуляции. Исходные реперы служат для развития сети наблюдательной станции, состоящей из отдельных профильных линий. Реперы профильных линий, заложенные вне зоны деформирования земной поверхности, служат в качестве опорных для производства маркшейдерских наблюдений за положением в пространстве и времени рабочих реперов.

52. Скорость смещения точек массива - величина смещения рабочих реперов маркшейдерской наблюдательной станции за определенный отрезок времени по направлению вектора смещения. В зависимости от динамики процесса, скорости деформаций могут измеряться: м/час, м/сутки, мм/час, мм/сутки, мм/мес. Для характеристики степени опасности деформаций наиболее показательна скорость смещения в начальный период активной стадии процесса сдвижения и деформаций.

53. Скрытая стадия развития оползня – период от начала развития микроподвижек в массиве до появления видимых признаков формирования оползня (появление трещин на земной поверхности, выпирание пород в основании борта карьера и так далее). Скорость смещения точек массива к концу скрытой стадии 1 - 10 мм/сутки.

54. Стадия затухания оползня - период смещения оползневых масс с уменьшающейся скоростью до полного прекращения смещения.

55. Суффозия - вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил.

56. Трещина отрыва (H₉₀) - верхняя часть поверхности скольжения - ее вертикальная часть.

57. Угол наклона борта карьера - угол в плоскости нормальной к простиранию борта карьера, между линией, соединяющей верхний и нижний контуры карьера, и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

58. Угол откоса уступа - угол в плоскости, нормальной к простиранию уступа, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки уступа, и ее проекцией на горизонтальную плоскость.

59. Уступ карьера - часть борта карьера в форме ступени.

60. Ущерб от нарушения устойчивости откоса - стоимость дополнительных работ по ликвидации последствий нарушения устойчивости; удорожания работ, вызванное снижением производительности добычных и транспортных средств; ухудшения качества полезного ископаемого в результате его разубоживание деформированными массами.

61. Ширина призмы обрушения - участок дневной поверхности или площадки уступа между бровкой и контуром потенциальной поверхности скольжения.

62. Ширина зоны деформирования земной поверхности - расстояние от верхнего контура карьера до границы, за которой микродеформации не проявляются.

63. Ширина зоны заколов - расстояние от верхнего контура (бровки) карьера (уступа) до наиболее удаленного закола или трещины.

64. Эквивалентный угол наклона борта выпуклого и вогнутого профилей - фиктивный угол наклона борта карьера плоского профиля, эквивалентный по объему вскрыши углам наклона бортов выпуклого и вогнутого профилей.