Выбор способов укрепления уступов и бортов карьера в зависимости от инженерно-геологических условий их формирования в скальных и полускальных породах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор способов укрепления уступов и бортов карьера в зависимости от инженерно-геологических условий их формирования в скальных и полускальных породах

Решетняк С.П., вед. науч. сотрудник, д.т.н., ГоИ КНЦ РАН,

Мелихов М.В., инженер, ГоИ КНЦ РАН,

Ерёмин Г.М., науч. сотрудник, к.т.н., ГоИ КНЦ РАН,

Мелихова Г.С., вед. гидрогеолог, ОАО «МГРЭ»,

Жиров Д.В., нач. отдела, науч. сотрудник, ГИ КНЦ РАН

Аннотация

На примере карьера ОАО «Ковдорский ГОК» систематизированы основные виды деформаций уступов, поставленных на предельный контур, и проведён анализ степени опасности потери ими устойчивости. Представлена инженерно-геологическая характеристика массива пород разрабатываемого Ковдорского месторождения и выполнена типизация способов стабилизации ослабленных уступов в зависимости от структурной нарушенности вмещающего массива и физико-механических свойств горных пород. Обоснован метод расчёта целесообразности применения способов стабилизации ослабленных уступов, учитывающий разницу затрат на вскрышные работы по вариантам и риски, связанные с ликвидацией последствий деформаций уступов.

Ключевые слова: борта карьеров, геолого-структурные нарушения, деформации уступов, стабилизация ослабленных уступов.

Открытые горные работы должны производиться в безопасных условиях [1, 2]. Поэтому при постановке бортов карьера в конечное положение особую роль играет правильное использование существующих способов и средств стабилизации устойчивого состояния уступов, склонных к деформациям. деформация уступ массив ковдорский

Применительно к карьеру рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», предельная глубина которого по проекту ОАО «Институт Гипроруда» составляет 820 м, предусматривается сдваивание уступов и постановка большинства из них в проектное положение с вертикальными и крутонаклонными откосами (высота нерабочих уступов составляет 24 м вверху и 30 м ниже глубины 120 м по замкнутому контуру).

Весь карьер разделён на инженерно-геологические сектора с примерно одинаковыми геолого-структурными условиями в каждом из них. Углы наклона конечных бортов приняты в пределах 45-60є в зависимости от условий сектора. Этот диапазон объясняется тем, что массив пород в отдельных секторах ослаблен неблагоприятно ориентированными структурными нарушениями и имеет участки дезинтегрированных пород, склонных к интенсивному выветриванию. Но, в основном, карьер в предельном положении формируется в участках высокопрочных пород, что позволяет отстраивать борта карьера с крутыми углами наклона. В целом, по данным ООО «Мурманская геологоразведочная экспедиция» и Геологического института Кольского научного центра РАН инженерно-геологические условия в границах карьерного поля характеризуются как сложные, и имеют место случаи локальных деформаций его уступов.

До настоящего времени на рассматриваемом карьере были выявлены следующие типы деформаций, которые представляют реальную опасность для горного оборудования и персонала, работающих в данном карьере, -- плоский и клиновидный.

Плоский тип деформации характеризуется смещением пород в сторону карьерной выемки по наклонной плоскости с углом падения, как правило, более 35-38є, образованной трещиной, субпараллельной откосу борта. По простиранию уступов плоские обрушения с одной (иногда с двух сторон) ограничены, чаще всего, поперечными или диагональными по отношению к уступу трещинами. Деформации такого типа проявились, в основном, в юго-восточном и восточном секторах карьера, где происходит частичное или полное разрушение группы уступов на протяжении нескольких сот метров по простиранию и падению.

Клиновидный тип деформации образуется за счёт взаимного подсечения двух и более поверхностей ослабления, линия скрещения которых наклонена в сторону карьерной выемки. Блок обрушения, ограниченный этими поверхностями, имеет форму клина. Деформации такого типа отмечены в разных местах карьерных бортов, но наиболее интенсивно проявлены в северо-восточном, северо-западном, западном, юго-западном и юго-восточном секторах. Развитие этих деформаций представляет реальную опасность для устойчивости одного уступа или группы из 2-3 уступов.

Таким образом, состояние уступов и бортов карьера в различных его секторах неодинаково с позиций безопасности. Следовательно, мероприятия по стабилизации ослабленных уступов можно ранжировать по степени влияния их деформации на безопасность открытых горных работ. При этом в первую очередь должны учитываться склонность их к деформациям на основе детальной оценки структурной нарушенности и физико-механических свойств вмещающих пород.

С этой целью, безопасность выявленного в границах карьерного поля неустойчивого участка борта или уступа, склонного к обрушению или осыпанию, должна быть обеспечена использованием способов и средств их укрепления; улавливанием падающих с откосов кусков породы, а также их комбинаций (табл.).

Таблица -- Систематизация способов и средств обеспечения безопасности ослабленных уступов и бортов карьера (по ГоИ КНЦ РАН)

В качестве способов укрепления применяется механическое удержание на месте; упрочнение; изоляция устойчивыми покрытиями и их комбинации в разных сочетаниях. Наиболее широко распространены анкерное и свайное укрепление, реже -- цементация и смолоинъекция и др. Область использования способов этой группы относится преимущественно к трещиноватым вмещающим породам, а также к сложным инженерно-геологическим условиям.

В качестве способов улавливания применяется механическое улавливание, изоляция улавливающими покрытиями и их комбинации в разных сочетаниях. Наиболее широко распространены ограждения, траншеи, валы и тросово-сетчатые завесы. Область использования способов этой группы относится к выветриваемым скальным или полускальным породам небольшого объёма или массы, при котором или которой обеспечивается надёжность используемых инженерных сооружений.

В качестве комбинированных способов применяется сочетание способов укрепления и улавливания. Наиболее широко распространены тросово-сетчатые завесы разного исполнения. Область использования способов этой группы относится к сложным инженерно-геологическим условиям в сочетании с выветриваемыми скальными или полускальными породами.

Экономическая целесообразность применения способов обеспечения устойчивости уступов и бортов карьера в основном достигается экономией затрат при реализации данных мероприятий по сравнению с затратами на ликвидацию последствий аварий в результате деформаций:

,

где Св -- стоимость 1 мі вскрыши, руб.; Sвп и Sвс -- площади прирастаемой и сокращаемой вскрыши, соответственно, мІ; Су -- стоимость стабилизации 1 мІ площади откоса, руб.; L1 и L2 -- длина откоса борта и бермы, соответственно, подлежащих стабилизации, м; L -- протяжённость участка, подлежащего стабилизации, м; Сл -- затраты на ликвидацию последствий аварии в результате обрушения пород, руб.

Следовательно, для горнодобывающего предприятия экономически целесообразно применение способов стабилизации ослабленных уступов и бортов, в первую очередь, на тех участках карьера, где концентрируются основные технологические процессы и коммуникации.

При эффективных вариантах использования тросово-сетчатых завес в расчёт следует принимать возможность полного отказа от формирования на борту предохранительных берм, поскольку их защитную функцию в данном случае берёт на себя завеса. В качестве материала сетки эффективно использование современных композитных материалы, например, с базальтовыми нитями. Срок службы таких выпускаемых в промышленных масштабах сеток достигает 70-80 лет, что на порядок превышает срок службы металлической сетки.

Применительно к условиям Ковдорского месторождения в ходе выполнения исследовательских работ в 2012-2013 гг. [3] по инженерно-геологическому и геомеханическому районированию карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» на основе анализа зарубежного и отечественного опыта для зон, выявленных в его пределах и приведённых ниже в порядке убывания степени опасности их деформаций, были рекомендованы в качестве возможных следующие способы стабилизации устойчивости ослабленных уступов и бортов (рис.):

Рисунок -- Проявление различных типов деформаций уступов и бортов на карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» (МГРЭ, ГИ и ГоИ КНЦ РАН, 2013 г.)

- для зон № 1 и № 2, образованных развитием деформаций плоскостного типа, наиболее подходит анкерное или штанговое и анкерно-тросово-сетчатое укрепление уступов карьера с пересечением структурной неоднородности вглубь ненарушенного массива пород в среднем на 3-5 м;

- для зоны № 3, образованной развитием клиновидных и комбинированных деформаций, наиболее подходит тросово-сетчатая завеса преимущественно улавливающего типа при небольших объёмах обрушений или тросово-сетчатая завеса укрепляющего типа -- при значительных объёмах обрушений, приводящих к несоответствию фактических параметров конструкции борта карьера с их проектными значениями; а также цементное или смоло-полимерное инъецирование;

- для зоны № 4, образованной развитием деформаций дезинтегрированных пород, наиболее подходит навешивание полимерных, металлических или композитных сеток и смоло-полимерное или цементное инъецирование; а также -- посев растительности.

Кроме того, при проведении всех вышеперечисленных технических решений рекомендуются организация мониторинга выявленных зон и проведение профилактических мероприятий по перехвату и отводу грунтовых вод.

Основные выводы и рекомендации

на основе выполнения исследовательских работ в этом направлении следующие:

1) проведение инженерно-геологического районирования карьерного пространства позволяет выделить в его пределах деформации по степени опасности с обоснованием первоочередных участков, подлежащих приведению в безопасное состояние, и выбрать рациональный способ стабилизации слабого вмещающего массива;

2) использование способов стабилизации позволяет горнодобывающему предприятию повысить эффективность и безопасность открытой разработки путём соблюдения проектных параметров бортов карьера, защиты карьерного оборудования и персонала от падения кусков породы с откосов уступов в рабочее пространство карьера, а также снизить или исключить затраты на ликвидацию последствий аварии от обрушения горных пород.

Список использованной литературы

1. Безопасность труда и здоровья при работе в открытых разработках (инструкция, 4-ое издание) / Международная организация труда. - Женева, 1999. - 61 с.

2. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом / Ростехнадзор. - 2009. - 75 с.

3. Инженерно-геологическое и геомеханическое районирование карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» для оптимизации работ по закреплению скальных уступов (промежуточный, второй этап): Отчёт по х/д № 155-12 / фонды ГИ КНЦ РАН; отв. исполн.: Жиров Д.В.; исполн.: Климов С.А., Решетняк С.П., Рыбин В.В., Мелихов М.В., Мелихова Г.С. и др. - Апатиты, 2013, 1 кн. - 55 с.

Размещено на Allbest.ru