Как рассчитать устойчивость бортов карьера?

Постоянный контроль за состоянием откосов карьеров позволяет предотвратить крупные аварии и сохранить большое количество рабочих мест. Для этого специалисты решают 4 основные задачи:

• обоснование выбранного метода расчета;
• определение исходных параметров для расчета;
• мониторинг устойчивости;
• реализация мероприятий для предотвращения деформации склонов, включая наблюдение за сдвижениями земной поверхности.

От чего зависит устойчивость откосов?

Состояние бортов карьера определяется различными факторами. Их можно распределить на три основных группы:

1. Геологические. В их числе состав бортов, строение массивов, свойства пород, располагающихся на откосах. Эти факторы влияют на выбор показателей устойчивости бортов и мер по предотвращению деформаций.
2. Гидрогеологические. Подземные воды могут изменять свойства горных пород, что приводит к выщелачиванию, набуханию, разрушению, оплыванию или суффозии. Поэтому необходимо учитывать химическое и механическое воздействие подземных вод при разработке противодеформационных мероприятий.
3. Технологические. Любые работы в карьере так или иначе влияют на состояние бортов. К примеру, неправильное направление выработки горных пород часто приводит к деформации и разрушению массива. Быстрая добыча тоже изменяет границы бортов, но из-за скорости такие изменения могут препятствовать развитию реологических и деформационных процессов.

Борта карьера могут иметь различную форму. Часто на одном объекте встречаются вогнутые, выпуклые и прямолинейные участки. Это сильно влияет на устойчивость откосов. Установлено, что прямолинейные участки менее устойчивы к деформации, чем имеющие большое количество изгибов. Рассчитывая устойчивость бортов и уступов карьера, необходимо учитывать все эти факторы.

Что подразумевается под устойчивостью?

Устойчивость откосов карьеров означает способность барьера сохранять свою форму и характеристики в течение определенного времени. Основная цель расчетов заключается в определении оптимального угла наклона или высоты поверхности борта с учетом его наклона. Методы исчисления откосов карьера позволяют предотвратить оползни и обрушения. Оптимальный угол наклона отвала рассчитывается с использованием номограммы, которая показывает влияние угла на высоту борта при различных параметрах горных пород и их устойчивости к сдвигу.

Особенности расчета

Основным для расчета устойчивости карьерных бортов является инженерный метод. Он состоит в вычислении предельного равновесия откоса с использованием потенциальных участков скольжения. Среди наиболее распространенных инженерных методов можно отметить расчет однородного откоса по круглоцилиндрической поверхности сползания. Кроме того, существует способ, основанный на расчете по плоской поверхности. Выбор метода определяется углом падения породы. Здесь существует два основных правила:

• если угол падения пород больше, чем угол внутреннего трения, применяют плоскую форму сползания. Она используется, когда контакты между породами подрезаются, и присутствует при подрезке дизъюнктивных нарушений, разломов, падающих в углубление под большим углом, чем угол внутреннего трения;
• при однородной или слоистой конструкции бортов, а также в других случаях используется круглоцилиндрическая поверхность.

Данные маркшейдерских исследований, полученные в результате тщательного анализа, также могут использоваться при создании поверхностей скольжения. При их построении специалисты геодезических организаций проводят инженерно-геологические разрезы с указанием даже самых незначительных деталей.

Как бороться с разрушением?

Одной из основных причин разрушения откосов является наличие большого количества воды в горных породах. Из-за слишком высокого уровня влажности могут возникать оползни. Чтобы предотвратить такие явления, необходимо тщательно спланировать систему водоотведения в прибортовой зоне, состоящую из специальных каналов.

Каналы служат для вывода поверхностной жидкости из карьера. В местах, где есть уступы, предусмотрены перепуски, которые направляют жидкость в водосборники. Иногда может потребоваться бурение скважин для отвода воды. Если на борту все-таки образовался сползающий клин, его вес можно снизить с помощью выполаживания. Это действие укрепляет склон и повышает устойчивость борта карьера.