Файл: Совершенствование открытых разработок марганцевых руд УССР..pdf

тропик механической прочности при этом не выявлено. Трещины снижают прочность породы на сдвиг примерно на 50%. Если принять минимальные значения сопротив­ ляемости сдвигу по контакту надрудные палеогеновые глины — марганцевая руда, опробованному двадцатью восьмью монолитами, то этот контакт оказывается самым слабым во всем разрезе карьерного поля (рис. 6,6).

Марганцевые окисные руды в пределах исследуемых карьерных полей по структуре своей весьма непостоянны и изменяются от крупноконкреционных форм до тонко- зернистых-сажистых. Однако во всех случаях пласти­ ческие свойства породы в значительной мере зависят от свойств мелкой сажистой фракции.

Механические испытания на сдвиг в лабораторных ус­ ловиях могут быть проведены только на мелкозернистых образцах. Приводимые данные относятся к сажистой раз­ ности руды, испытанной на двух монолитах (рис. 6,в). Сопротивляемость этой руды сдвигу на 60—70% выше, чем вмещающих палеогеновых глин, однако в кровле, на контактах с последними, наблюдается иногда резкое сни­ жение сопротивляемости сдвигу. По-видимому, такое же снижение прочности возможно и на контактах руды с под­ рудными глинистыми породами, хотя единичными про­ деланными до сих пор испытаниями это четко и не уста­ новлено. Испытания контакта руды с подрудными песками показали достаточно высокую сопротивляемость сдвигу,

порядка фі4—20 = 18°.

Палеогеновые подрудные глины опробованы на сдвиг параллельно напластованию по двенадцати монолитам. Кроме того, один монолит испытан на сдвиг нормально к напластованию. Расчетные показатели для этих пород следует принять по кривой гарантированных минималь­ ных значений тг.мин = f (а) (рис. 7,а).

Сопротивляемость сдвигу палеогенрвых подрудных пес-

28

Рис. 6. Паспорта прочности пород:

значения прочности т ; 4 — нижняя обертывающая кривая.

29

ков определена на пяти монолитах, давших сравнительно небольшой разброс точек. Первый расчетный показатель по среднеминимальной величине фср.шш = 25°. Второй пока­ затель с = 0.

кГ/см2

4

2

L

Іо

Jö

Вторичные каолины охарактеризованы данными испы­ таний шести монолитов (рис. 7,6). Прочность ненарушен­ ной породы оказывается значительно выше, чем средние прочности неогеновых и палеогеновых глин, что вполне закономерно. Выполаживание кривой и переход ее в гори­ зонтальное положение начинается позже, чем у третичных глин. Кривая г = f (а) для сдвига по заранее подготовлен­

30

ной поверхности скольжения показывает падение сопро­ тивляемости породы на трещинах на 50%.

Приведенные показатели физико-механических свойств пород Никопольского марганцевого бассейна использованы при определениях условий устойчивости бортов и отвалов карьеров и рекомендуются в качестве расчетных при про­ верке устойчивости бортов в каждом конкретном случае.

ОСУШЕНИЕ КАРЬЕРОВ, УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ И ОТВАЛОВ

ОСУШЕНИЕ к а р ь е р н ы х п о л ей

Выбор целесообразного способа осушения карьерных полей Никопольского марганцевого бассейна ввиду слож­ ности гидрогеологических условий, большого масштаба открытых работ и отсутствия достаточного опыта осушения представляет собой очень актуальную и сложную проблему, в значительной мере определяющую темпы развития и эко­ номические показатели вскрышных и добычных работ в бассейне.

Изучением гидрогеологических условий в бассейне и способов осушения карьерных полей занимались Институт

зации.

Проведенные гидрогеологические исследования, опыт ра­ боты первых карьеров в бассейне и буроугольных карье­ ров Украины и Германской Демократической Республики показывают, что вопросу осушения карьерных полей в Ни­ копольском марганцевом бассейне необходимо уделить серьезное внимание. Несмотря на это Богдановский, Шев­ ченковский, Новоселовский, Марьевский и Грушевский

31

карьеры практически строились и строятся без предвари­ тельного осушения карьерных полей.

Такое положение сложилось в результате следующих причин: отсутствовал опыт работ в бассейне; горногеологи­ ческие и гидрогеологические условия месторождений были недостаточно изучены; строительство карьеров начато на участках с минимальной мощностью вскрышных наносов (20—30 м), а Шевченковского и Богдановского карьеров с пойменной части р. Соленой с постепенным наращиванием мощности вскрыши по мере нарастания балочного склона. В этих условиях подземные воды, хотя и создавали некото­ рые трудности, решающего влияния на ход ведения вскрыш­ ных и добычных работ не оказывали. Однако даже при не­ большой мощности наносов наличие свободной воды вызы­ вало деформацию рабочих уступов и отвалов. Опыт стро­ ительства карьеров Никопольского бассейна убедительно доказывает, что отсутствие осушения резко ухудшает ус­ ловия устойчивости рабочих бортов и отвалов.

Опыт работы буроугольных карьеров Украины и ГДР также показывает, что при недостаточном осушении пород производительность экскаваторов вследствие плохого на­ полнения черпаков и их залипания значительно снижается

иможет составлять 30—60% от номинальной (при работе

вхорошо осушенных породах). Эффективное использование экскаваторов может быть достигнуто только при доста­ точном осушении экскавируемых пород. Обводненные поро­ ды значительно усложняют работу транспортных средств, увеличивают время и затраты на отвальные работы, наличие воды является весовым балластом, вызывающим удорожа­ ние транспорта пород. В условиях Никопольского марган­ цевого бассейна, на карьерах которого будет работать мощное оборудование непрерывного действия, при колос­ сальных объемах вскрышных и добычных работ снижение производительности экскаваторов и транспорта ведет к та-'

32

кому увеличению стоимости вскрышных и добычных ра­ бот, которое значительно больше затрат на предварительное осушение карьерного поля. Поэтому при выборе способа осушения карьерных полей в бассейне необходимо учиты­ вать, что степень осушения пород вскрыши в значительной мере определяет производительность, рентабельность и на­ дежность карьера в эксплуатации. Способ осушения карьер­

Рассмотренные гидрогеологические условия бассейна по­ казывают, что в пределах Никопольского месторождения марганца по литологии водосодержащих пород можно вы­

долины р. Днепр, на которых рудный пласт покрыт чет­ вертичными отложениями. Этот класс включает следующие подклассы: А — древнечетвертичные отложения, представ­ ленные преимущественно среднезернистыми, крупнозерни­ стыми и гравелистыми песками; Б — древнечетвертичные отложения, представленные преимущественно тонкозерни­ стыми однородными песками. К этому классу относятся участки: Александровский, Марьевский, Покровский и Чер- томлыкско-Алексеевский.

вающих рудный пласт отложений залегает несколько гори­ зонтов водоносных песков. К этому классу относятся участки Богдановский, Шевченковский, Запорожский, Чкаловский и Грушевско-Басанский.

Опыт осушения участков подкласса А I класса можно рассмотреть на примере строительства- и эксплуатации

Александровского карьера. В пределах карьерного поля

повсеместно непосредственно на рудном пласте. Строитель­ ство карьера было начато в 1956 г. В крупнозернистых песках с гравием, обводненная толща которых составляла 6 м (при общей мощности вскрышных пород порядка 10— 12 м), без предварительного осушения была пройдена раз­ резная траншея. Грунтовые воды поступали в траншею со всех сторон и водоотливные установки работали непре­ рывно. Приток составлял, примерно, 200—220 м3/ч. Затем наметились отдельные очаги, где вода просачивалась в виде источников. Постепенно приток воды уменьшался, и уже в июле — августе 1957 г. средний расход составлял при­ мерно 100 м3/ч.

Тщательными наблюдениями за бортами траншей, про­ водимыми на карьере с 1957 г., установлено, что даже нали­ чие суффозии, которая периодически наблюдается на раз­ ных участках вскрытого карьерного поля, не приводило к оползневым деформациям. Крутизна откосов изменяется в пределах 30—40°, и лишь в нижней части при наличии прослойков мелкозернистых и тонкозернистых песков от­ косы иногда выполаживались до 15—20°.

Опыт осушения карьера подкласса Б I класса может быть рассмотрен на примере Марьевского карьера. В пре­ делах террасовой части карьерного поля повсеместно раз­ вит древнеаллювиальный водоносный горизонт, приурочен­ ный, в основном, к тонкозернистым однородным пескам, обладающим сравнительно высокими фильтрационными и во­ доотдающими свойствами. Водоносный горизонт рудовме­ щающей толщи палеогена, распространенный повсеместно в пределах поля карьера, приурочен преимущественно к разнозернистым, весьма неоднородным пескам, характери-

34

зующммся слабой водопроницаемостью, а также к песча­ ным прослоям рудного пласта. Строительство карьера было начато без предварительного осушения. На карьере до сих пор отсутствует дренаж древнеаллювиального водоносного горизонта. При развитии добычных работ здесь имели место нарушения устойчивости бортов. Добыча руды в местах об­ рушения бортов прекращалась и производилась на других вскрытых участках. Опыт показал, что одного лишь дре­ нирующего действия бортов карьера для осушения обвод­ ненных пород недостаточно. Специальный дренаж водонос­ ного горизонта рудовмещающей толщи на Марьевском карье­ ре не проводился, но оползней, связанных с деятельностью подземных вод этого горизонта, не наблюдалось.

Таким образом, для участков I класса обводненности, находящихся в наиболее благоприятных гидрогеологиче­ ских условиях, при наличии мелкозернистых и тонкозер­ нистых песков (подкласс Б) необходимо осуществить пред­ варительный дренаж. При преимущественном развитии при­ токов в пластах крупнозернистых песков свободное выкли­ нивание воды на грудь забоя или рабочий борт с последую­ щей ее откачкой карьерным водоотливом не нарушает нормальной работы карьера. В этом случае нет необходи­ мости предусматривать специальные дренажные устройства.

Участки II класса обводненности характеризуются нали­ чием нескольких надрудных водоносных горизонтов, обла­ дающих незначительными запасами воды. Вопросы осуше­ ния участков подкласса А этого класса рассмотрим на примере Шевченковского карьера. На площади карьерного поля вскрышная толща имеет три водоносных горизонта.

1.Грунтовые воды четвертичных отложений, залегающие

ввиде «верховодки» на водораздельных участках. Эти воды,

восновном, приурочены к песчаным разностям пород лес­ совой толщи и толщи красно-бурых глин. Мощность обвод­ ненных прослоев местами достигает 1,5—2,0 м.