Материал: Engineering Geology of MD

Рис. VII-2. Зависимость склонности горных пород кровли очистных выра-

боток к обрушению от их прочности я глубины залегания (по В. Л. Свер-

жевскому).

/—/у/ —породы: I — легкообрушающнеся, УУ — средяео6рушаю1Ди«ся, —трудно- и весьма трудыообрушаюшнеся.

призабойного пространства и ограниченных значениях 5в и Кв возможны единичные вывалы значительных размеров или много

дений была установлена корреляционная связь между максимальной и средней высотой вывалов (Amas, ЛСР) И коэффициентом загруженности пород, равным отношению гравитационной нагрузки на породы кровли уН к пределу сопротивления их сжатию ЯсжТак как последний показатель определяется по образцам в лабораторных условиях без учета показателя ослабления пород в естественном залегании, коэффициент загруженности имеет значение меньше-единицы. Чем больше загруженность пород, тем опаснее должны быть вывалы. Уравнения, отражающие эту зависимость, имеют вид

Тем же коллективом геологов по наблюдениям на многочисленных шахтах Донбасса установлена и другая закономерность (рис. VII-2), отражающая зависимость склонности пород к обрушению от их прочности на сжатие и глубины залегания.

247

Так как прочность пород в значительной степени определяется их петрографическими особенностями, эта зависимость отражает важнейшие геологические условия устойчивости горных пород в горных выработках, и в частности в очистных.

Нарушение устойчивости почвы подземных горных выработок наиболее часто связано с выдавливанием (пучением, поддуванием) горных пород под влиянием опорного давления. Количественной оценкой и прогнозом этих явлений занимались многие исследователи. Наибольшую известность имеют работы А. В. Гурдуса [1933 г.], П. М. Цимбаревича [1948 г.], В. Д. Слесарева [1948 г.], М. Н. Шейхета [1955 г.], В. М. Городничева 1960 г.], А. П. Максимова [1963 г.], В. А. Лыткина [1965 г.], О. 3. Заславского [1966 г.], И. Л. Черняка [1978 г.] и других. '1зучение этих явлений много лет проводилось Ленинградским горным институтом.Одна ко несмотря на многочисленные исследования, вопросы оценки и прогноза выдавливания (пучения) горных пород в подземные выработки, как правильно считают некоторые специалисты, еще недостаточно разработаны. Поэтому на практике при их решении пользуются главным образомэмпирическими зависимостями или закономерностями, установи ленными для определенных геологических условий. Так, например, для прогноза устойчивости почвы в горных выработках Донбасса пользуются рекомендациями, разработанными В. Л, Свержевским в производственном геологическом объединении «Донбассгеология».

В подготовительных выработках почву следует считать устойчивой, если ее выдавливание (пучение) в течение 1,5—2 лёт не превысило 0,2 м, и неустойчивой, если ее деформация за это время превысила 0,2 м. Промежуток времени 1,5—2 года соответствует среднему времени эксплуатации выработок по принятой в Донбассе системе разработки угля. Для такой оценки и прогноза предложен график, отражающий связь устойчивости пород с их напряженным состоянием, которое обусловлено глубиной расположения выработок от поверхности земли и прочностью пород (рис. VII-3), На этом графике зоны (поля) устойчивых и неустойчивых пород разграничены полосой, так как корреляционная зависимость учитывает не все факторы, влияющие на их устойчивость. Поэтому в пределы этой полосы могут попадать выработки как с устойчивым, так и с неустойчивым состоянием почвы. При удалении в ту или другую сторону от этой полосы достоверность оценки и прогноза повышается.

Из расчетных методов оценки и прогноза устойчивости почвы подземных выработок наиболее часто пользуются методом П. М. Цимбаревича (гл. VI). Нарушение устойчивости подземных горных выработок далеко не исчерпывается явлениями, рассмотренными выше, но об этом подробно сказано в гл. VI.

Оценка и прогноз устойчивости отвалов, гидроотвалов и хво-

стохранилищ. При разработке месторождений твердых полезных ископаемых большие массы пустых пород, вмещающих полезное

248

им

1200 -

800 -

400

Рис, VII-3. График зависимости устойчивости пород почвы подземных выработок от глубины их расположения от поверхности земли и прочности пород (по В. Л . Свержевскому).

ископаемое и образующих вскрышу, перемещаются экскаваторами, транспортно-отвалькыми устройствами, автомобильным и железнодорожным транспортом в отвалы. На карьерах, там, где это возможно, часть пустых пород размещают в пределах выработанного пространства и формируют внутренние отвалы, а в подземных выработках они расходуются для закладки выработок после выемки полезного ископаемого. Большие объемы пустых пород складируют во внешние отвалы. Когда применяют средства гидромеханизации, пустые породы перемеш,аются потоком воды по трубам в виде гидросмеси (пульпы) и складируются в гидроотвалы, для которых подготавливают специальные площадки, ограждаемые дамбами. Гидроотвалы обычно размещают на пониженных участках рельефа — в балках, оврагах, перегораживая их дамбами, а на ровных участках ограждают дамбами со всех сторон. Взвешенные обломочные массы гидросмеси оседают в прудках — отстойниках, а чистая вода сбрасывается через специальные колодцы и коллекторы или откачивается насосами за пределы гидроотвала.

На горных предприятиях, где выполняются предварительная переработка и обогащение полезного ископаемого, образующиеся отходы (хвосты) перемещают и складируют также главным образом потоками воды по трубам в специальные хвостохранилища (шламохранилнща). Так как отходы в хвостохранилищах кроме механических взвесей содержат разнообразные вредные химические соединения, при их строительстве необхо-

249

димо обращать внимание на водонепроницаемость дамб и днищ, чтобы избежать загрязнения территорий, почв, подземных н поверхностных вод.

Итак, возведение отвалов, гидроотвалов и устройство хвостохранилищ являются обязательной составной частью технологического процесса разработки месторождений твердых полезпых ископаемых. Однако это обычно сопряжено с определенными трудностями. Строить их следует так, чтобы они имели необходимую вместимость и занимали бы наименьшие площади. Для этого стремятся увеличивать высоту отвалов, дамб гидроотвалов и хвостохранилищ и крутизну их откосов. При этом откосы отвалов и дамб могут осыпаться, оползать, размываться дождевыми и талыми водами и подвергаться другим деформациям и разрушениям.

На устойчивость отвалов, дамб и откосов, емкостей гидроотвалов и хвостохранилищ влияют также свойства горных пород,, слагающих их естественные основания. Значительные и неравномерные осадки, сдвиги, выдавливание горных пород оснований отвалов и дамб вызывают нарушения их устойчивости, разрушения, прорывы дамб и другие явления.

Таким образом, когда возводят отвалы, гидроотвалы и создают хвостохранилища, возникает задача оценки и прогноза устойчивости: 1) откосов отвалов и всей их массы в целом; 2) откосов оградительных дамб гидроотвалов и хвостохранилищ и всей их массы в целом; 3) горных пород естественных оснований отвалов, дамб, гидроотвалов и хвостохранилищ; 4) фильтрационных свойств, прочности и устойчивости пород, слагающих дамбы и их основания, основания гидроотвалов и особенно хвостохранилищ. Логическим следствием перечисленных задач является необходимость рационального использования геологической среды и ее охраны от отрицательного воздействия геологических процессов и явлений, нарушающих устойчивость отвалов, гидроотвалов и хвостохранилищ.

Для успешного решения этих задач необходимо правильно выбирать участки для размещения этих сооружений и рационально их использовать на основе полного' учета инженерногеологических условий. В этом случае в первую очередь необходимо иметь полное представление о составе, физическом состоянии и свойствах приповерхностных отложений, которые будут служить непосредственным основанием этих сооружений. На участках размещения гидроотвалов и хвостохранилищ особенно большое значение имеют исследования водопроницаемости поверхностных отложений, распространение и условия залегания подземных вод.

Устойчивость отвалов и дамб в значительной степени зависит от состава пород, из которых они возводятся, их прочности и возможной скорости свободного уплотнения (консолидации). При этом важно учитывать условия и способы возведения отвалов. В отдельных случаях, когда отвалы, гидроотвалы и отло-

250

жения хвостохранилищ состоят из глинистых пород или когда такие породы будут залегать в их основаниях, важно учитывать их реологические свойства и оценивать влияние порового давления на устойчивость и скорость консолидации. При строительстве хвостохранилищ существенно могут изменяться свойства пород, слагающих дамбы и днища, под влиянием их взаимодействия с химически активными элементами гидромасс. Такие взаимодействия могут влиять на изменение водопроницаемости пород, их консистенцию, скорость консолидации, прочность н в конечном итоге на устойчивость сооружений.

Вопросы инженерной геологии месторождений нефти, газа и подземных вод. Как было отмечено выше, становление и развитие инженерной геологии месторождений полезных ископаемых (нового направления, раздела инженерной геологии) связано главным образом с геологической разведкой, проектированием и строительством шахт и карьеров и выполнением горных работ при освоении месторождений твердых полезных ископаемых. Опыт освоения этих месторождений, данные многолетних и разнообразных инженерно-геологических наблюдений, исследований и обобщений и составляют в настоящее время содержание этого важнейшего раздела инженерной геологии, которое по возможности раскрыто в первой и других главах предлагаемого учебника.

Имеющиеся результаты инженерно-геологических наблюдений и исследований, полученные при разработке месторождений нефти, газа и подземных вод, пока немногочисленны. Исследо-

ний нефти, газа и отчасти подземных вод очень часто достигают угрожаюш.их масштабов.

Как показывает современная практика, при разведке и освоении месторождений нефти и газа одной из первостепенных задач является подготовка территорий и обоснование проектов строительства разведочных и эксплуатационных скважин, насосных станций, дорог, нефте- и газопроводов и других сооружений. Решение этих задач осложняется тем, что наиболее перспективные промышленные месторождения расположены в районах низменных равнин Западной и Восточной Сибири и в шельфовой зоне морей.

При строительстве сооружений в этих условиях требуется выполнение больших работ по подготовке территорий путем повышения планировочных отметок поверхности земли отсыпкой горных пород, а в зоне шельфа — создание в отдельных случаях искусственных островов. Таким образом, возникает задача строительства сооружений на искусственных техногенных образованиях, которые обычно подстилаются слабыми водонасыщенными заторфованными глинистыми и песчаными отложениями. Вопросы оценки и прогноза геологических условий стро-

2St