Файл: Совершенствование открытых разработок марганцевых руд УССР..pdf

2. Подземные воды толщи мергелистых глин верхнего сармата, черных глин и известняков-ракушечников сред­ него сармата. Эти воды приурочены к трещиноватым и опесчаненным разностям глин, изолированным прослойком мергелей, и к слою известняков-ракушечников. Наиболее выдержаны воды в горизонте известняков-ракушечников, обводненных на высоту 3—4 м и развитых преимуществен­ но в южной части карьерного поля.

3. Водоносный горизонт нижнего сармата развит в пес­ ках, залегающих на значительной площади, преимуществен­ но в северной половине карьерного поля. С глубиной зер­ нистость песков возрастает от мелких до крупных разно­ стей. Пески, в большинстве случаев, залегают на верхне­ харьковских надрудных глинах и лишь в единичных слу­ чаях подстилаются рудным пластом. На большей части рассматриваемой территории горизонт безнапорный, сред­ няя мощность обводненного слоя составляет 4,5 м.

Как показали расчеты и опыт строительства карьера (строительство карьера начато без предварительного осу­ шения), для обеспечения устойчивости рабочих и отваль­ ных откосов необходимо проводить дренаж водоносного горизонта песков нижнего сармата, так как вследствие увлажнения его водами неустойчивого слоя верхнехарьков­ ских надрудных глин возможно развитие эрозионных про­ цессов.

Два верхних водоносных горизонта в силу непостоян­ ства залегания водосодержащих прослоев по вертикали и в плане, хотя они и могут в некоторых случаях привести к оползневым деформациям, можно не дренировать. Осуще­ ствление дренажа указанных водоносных горизонтов со­ пряжено с большими трудностями и огромными капиталь­ ными затратами, а в некоторых случаях (подвешенные гори­ зонты) такой дренаж невозможен. Нижнесарматские пески больше всего обводнены в районе западной части'разрезной

36

траншеи карьера, что связано с понижением водоупорного ложа. Здесь выход воды особенно интенсивно происходит в момент обновления заходки и часто сопровождается выно­ сом большого количества песка. Дренирование водоносного горизонта откосом карьера распространяется на незначи­ тельное расстояние. Наблюдениями установлено, что рабо­ чий борт карьера не осушается даже на ширину заходки экскаватора (20—25 м). Так, после того как рабочий борт простоял почти три месяца, была обновлена заходка на указанную ширину, при этом водоносные пески местами ин­ тенсивно выносились потоками воды из отдельных, только что вскрытых источников, а в остальной части забоя вода появилась на г/з мощности горизонта.

В настоящее время на карьере проведены первые в бас­ сейне подземные дренажные выработки (ствол дренажной шахты и сеть дренажных штреков), осуществленные по проекту УкрНИИпроекта. В районе ствола пройден водо­ сборник емкостью 500 м3, оборудованный двумя насосными установками производительностью 100 м3/ч. В кровле руд­ ного пласта из дренажных штреков только в 1961 г. уста­ новлено 52 забивных металлических фильтра. Все они дей­ ствующие. Дебит воды забивных фильтров составлял 0,02—0,8 лісек. Большие притоки воды, улавливаемые еще неразветвленной сетью дренажных выработок, уже сейчас позволяют судить о большой эффективности подземного дренажа на карьерах этого типа.

На участках месторождения этого класса с небольшой приточностыо (Богдановский карьер) может быть рекомен­ дована комбинированная система осушения —- подземные выработки в сочетании с системой дренажных канав. На Богдановском карьере может быть принята следующая схема осушения (рис. 8). По границам карьера перпендику­ лярно линии подвигания фронта работ проходятся в под­ рудной толще два водоулавливающих штрека, профилиро­

37

ванных в сторону главных водосборников. В качестве водо­

Рис. 8. Принципиальная схема осушения Богдановского карьера.

насосом. В выработанном пространстве вдоль фронта добыч­ ных работ в почве рудного пласта проходятся дренажные канавы, служащие для дренажа основания внутренних от­ валов. Канавы проходятся вслед за продвижением экскава­ тора в каждой заходке на 3/5 длины выработанного про­ странства, имеют уклон в соответствующий штрек и соеди­ няются между собой в центральной части карьера попереч­ ными дренами-собирателями. Этот вариант комбинирован­ ной системы осушения практически легко осуществим и ме­ нее трудоемок по сравнению с чисто подземным способом осушения или с комбинированным открыто-подземным вари­

38

антом, но с проходкой дренажных канав вдоль всего фронта работ после каждой заходки.

Осушение вскрышных пород на участках, расположен­ ных в пределах древней долины р. Днепр, при тонкозер­ нистом составе древнечетвертичных отложений может быть основано на применении горизонтальных дрен (фильтров), устанавливаемых в грудь забоя с бермы добычного уступа, т. е. над водоупорным ложем надрудного водоносного горизонта. По мере подвигания горных работ фильтры долж­ ны периодически удлиняться. Предварительные проработки показывают, что такая схема обеспечивает необходимый осушительный эффект, но для ее применения необходимо механизировать установку фильтров.

На карьерах типа Александровского, где в кровле руд­ ного пласта залегают древнеаллювиальные средне- и круп­ нозернистые пески и галечники, хорошо отдающие воды, можно обеспечить нормальную работу карьера путем регу­ лярного отвода и откачки подземных вод, поступающих в карьер из надрудного и подрудного водоносных горизон­ тов. Если же в кровле пласта залегают мелкозернистые древнеаллювиальные пески со слабой водоотдачей, то не­ обходимо проводить дренаж надрудного водоносного гори­ зонта и обеспечить отвод и откачку вод, поступающих в карьер. Дренаж может быть осуществлен заложением двух рядов иглофильтров на площадке уступа, расположен­ ной в верхней части надрудных песков.

На карьерах этого типа, где в кровле рудного пласта залегает один водоносный горизонт, приуроченный к нижне­ сарматским мелко- и тонкозернистым пескам, обладающим плывунными свойствами, необходимо, для исключения ополз­ ней, производить осушение этих песков и снижение напора вод в подрудных песках. В этих условиях, как показывает опыт осушения полей буроугольных карьеров УССР, наи­ более эффективным будет подземный способ осушения с уста­

39

новкой забивных фильтров в кровлю пласта и устройством водопонизительных колодцев. При этом сеть дренажных штреков приурочивается к наиболее пониженным местам

Для ограждения бортов карьеров от вредного действия «верховодки» могут быть применены барьерные канавы, пере­ секающие горизонт «верховодки». Барьерные канавы профилируются с таким расчетом, чтобы вода самотеком по­ ступала к границам карьерного поля и оттуда либо откачи­ валась за пределы карьера, либо перепускалась в дренаж­ ные штреки по сквозным фильтрам.

Для обеспечения устойчивости внутренних отвалов необ­ ходимо снижать напор вод в их основании. Это можно осу­ ществлять путем устройства дренажных канав с укладкой перфорированных труб и обсыпкой их гравием, распола­ гаемых вдоль фронта карьера вслед за выемкой руды. Такая же схема осушения рекомендуется и для карьеров типа Грушевского, где в кровле рудного пласта залегают несколько водоносных горизонтов.

УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ И ОТВАЛОВ КАРЬЕРОВ

Обводненные породы, слагающие рабочие борта карье­ ров бассейна, очень неустойчивы. Только за 1959—1961 гг. на Шевченковском карьере произошло семнадцать ополз­ ней рабочего борта и отвалов, на Богдановском карьере — четыре крупных оползня внутренних отвалов и два дефор­ мирования участков рабочего борта. Оползни рабочих бортов и отвалов были зафиксированы на Марьевском карьере и при строительстве Грушевского карьера.

Изучением устойчивости рабочих бортов и отвалов пер­ выми в бассейне начали заниматься ИГД и ИГН АН УССР,

40

а также Криворожский НИГРИ. В настоящее время работы по устойчивости в основном проводятся УкрНИИпроектом, который имеет в бассейне постоянную станцию наблюде­ ний. Параллельно с УкрНИИпроектом в 1959—1960 гг. работы по устойчивости в бассейне проводились ВНИМИ.

АН УССР выведена кривая зависимости устойчивых углов откосов от глубины разрабатывабмого карьера (рис. 9). При выборе расчетных методов определения устойчивых углов откосов применительно к условиям рассматриваемого бассейна были сделаны следующие выводы.

1. Наиболее теоретически обоснованным с точки зрения механики среды и математики является в настоящее время метод чл.-корр. АН СССР В. В. Соколовского. При при­ менении этого метода на практике для расчета условий

41

устойчивости однородных земляных откосов были получены замечательные результаты. Однако, как показал Ю. Н. Малюшицкий, этот метод в предложенном виде не может быть использован для расчетов устойчивости бортов глубоких карьеров, так как исходит из условий напряженного со­ стояния однородного земляного массива с постоянными показателями прочности слагающей его породы.

Ю. Н. Малюшицкий предложил при применении метода В. В. Соколовского делать поправки на изменение показа­ телей прочности пород ведением расчета по схеме мно­ гослойного откоса. Единственным недостатком метода В. В. Соколовского с поправкой Ю. Н. Малюшицкого на многослойность откоса является то что в зависимости от прочности вышележащих пород несколько изменится характер и размер нагрузки на нижележащие слои, однако эти изменения в случае пород Никопольского месторо­ ждения являются незначительными.

2. Метод «Fp» проф. Н. Н. Маслова во многих случаях дает значения, близкие к фактическим. Однако теорети­ ческое обоснование метода не учитывает общего распределе­

при расчетах, однако необходимо было установить пределы его применимости.

3. Для проверки расчетных данных были использованы метод круглоцилиндрической поверхности обрушения и ме­ тод моделирования.

Рекомендуемые углы устойчивых откосов относятся к карьерам, расположенным в западной части бассейна. Эти рекомендации не могут быть отнесены к Грушевскому

42

карьеру (восточная часть бассейна), литологическая раз­ ность пород которого значительно отличается от пород карьерных полей, рассмотренных в работе ИГД АН УССР. Рекомендации по этому карьеру выданы в результате больших инженерно-геологических и лабораторных иссле­ дований УкрНИИпроекта.

Наиболее характерные оползни бортов были зафикси­ рованы на Шевченковском карьере. Они относятся к кон­ тактным оползням трех разновидностей: 1) оползни, прохо­ дившие по контакту надрудные глины — водоносный пе­ сок; 2) оползни, проходившие по контакту надрудных пес­ ков с рудой; 3) оползни верхних уступов, проходившие

вмергелистых глинах по контакту рыхлых влажных глин

сболее плотными слоями той же глины.

Примером оползней первой разновидности может слу­ жить оползень надрудного уступа в западной части карьера, который произошел в середине сентября 1960 г. Через 5— 6 дней после отработки руды в выработанном пространстве появились участки, засыпанные песком. Обрушение про­ ходило медленно на большом протяжении, почти на всю мощность песков до контакта с черными глинами, иногда с обрушением нижних слоев последних. Плоскость срыва песка была почти вертикальной; обрушающийся песок, уходя от забоя, укладывался под углом 7—8°. Ширина полосы вынесенного или выжатого песка в местах ее наи­ большего удаления от откоса уступа составляла 8—9 м. Песок: в уступе очень влажный, мергелистые глины сразу после вскрытия также были влажными, но свободной воды в них не было. По мере вытекания песка наблюдалась замет­ ная просадка вышележащих глин; на поверхности уступа появилось несколько трещин, затем произошло ополза­ ние всей толщи наносов. При высоте уступа 20 м и перво­ начальном угле откоса 36°ЗГ в результате оползня произо­ шло выполаживание откоса до 16°08'. Причиной оползня

43