Файл: Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах.pdf

вращения его была применена цементация массива, которая про­ изводилась через скважины диаметром 165 мм, располагаемые в шахматном порядке с расстоянием между скважинами от 5 до 15 м; глубина скважин составляла 27 м при глубине канала 25 м.

Нагнетание раствора производилось позонно, т. е. заходками высотой 3—5 м, последовательно, начиная сверху вниз. Началь­ ное давление нагнетания составляло 1 кгс/см2, которое по мере заполнения трещин раствором увеличивалось, максимальное дав­ ление составляло 2,5 кгс/см2. Нагнетание раствора производилось ручным насосом, оборудованным шаровыми клапанами; к месту работ раствор подавался от раствороподготовительного узла по трубопроводу диаметром 100—120 мм.

Расход цемента, зависящий от трещиноватости пород и рас­ стояния между скважинами, в среднем составлял 0,6—1 т на 1 м скважины при радиусе распространения 6,5—7 м. Цементацией было укреплено около 900 тыс. м3 глинистых и мергелистых пород при удельном расходе цемента на 1 м3 около 8—9 кг.

Испытания образцов укрепленных пород показали, что проч­ ность их при сжатии в возрасте 1—3 месяца возросла с 8 (до укрепления) до 27 кгс/см2, что оказалось вполне достаточным для бесперебойной проходки канала.

Цементация пород как средство борьбы с оползневыми явле­ ниями успешно была применена на карьерах Англии.

На буроугольных разрезах ГДР в течение ряда лет успешно применяется укрепление уступов сваями [82]. Оползни возникают в результате увлажнения глинистых прослойков, залегающих в основании уступов. Укрепляются подверженные оползанию как одиночные уступы, так и группы из 2—3 уступов, причем во многих случаях на них расположены транспортные комуникации. Сваи диаметром 0,25—0,3 м изготовляются на месте. В качестве арма­ туры используются рельсы тяжелого типа, которые опускают в скважины, после чего последние заливают бетоном.

§ 2. У К Р Е П Л Е Н И Е О Т К О С О В Ж Е Л Е З О Б Е Т О Н Н Ы М И С В А Я М И

ИШ П О Н А М И

Н а К о у н р а д с к о м к а р ь е р е в порядке эксперимента был укреплен сваями и штанговой крепью 25-метровый участок борта Южной выездной траншеи, представляющий собой блок, подсечен­ ный тектоническими нарушениями.

Массив гранодиоритов и гранодиоритпорфиров, слагающих участок борта Коунрадского карьера, разбит трещинами, значи­ тельная часть которых имеет падение в сторону выработанного пространства. При проектных углах откосов уступов 50—60° фак­ тическая заоткоска уступов нередко происходит по трещинам зна­ чительной протяженности с углом падения в сторону выемки от 30 до 55°, что может привести к общему выполаживанию угла на­ клона борта карьера.

168

Наиболее подходящим для данных горно-геологических усло­ вий является укрепление штангами и сваями.

Для экспериментальных работ был выбран участок западного борта Южной траншеи высотой 14 м и длиной 25 м, представляю­ щий блок, подсеченный тектоническим нарушением, падающим в выработанное пространство под углом 55—57°. На поверхности от­ коса и площадке уступа прослеживалась трещина, заполненная глинистым материалом. Аналогичного вида участки этого же бор­ та к моменту начала экспериментальных работ обрушились: это говорит о том, что выбранный участок находится в состоянии, близком к состоянию предельного равновесия, и эффективность искусственного укрепления его могла быть проверена в течение ближайшего времени.

Для укрепления борта сваями с верхней площадки станком БМК-4 были пробурены четыре скважины диаметром ПО мм. В эти скважины опускали арматурное железо, связанное в пучки, и за­ тем заливали цементно-песчаную смесь состава 1:2 (портландце­ мент марки 300).

Штанги, изготовленные из арматурного железа диаметром 22 мм, закладывались в шпуры длиной от 2 до 3,5 м, что превы­ шало нормальную мощность закрепляемого блока не менее чем на 0,5 м, т. е. на длину замка штанги. При выборе типа замка руководствовались опытом подземного рудника «Восточный Коунрад». Этот опыт показал, что в условиях скальных пород наибо­ лее простым и в то же время достаточно надежным является же­ лезобетонный замок. Длина его была принята 350—500 мм. Такой замок получали, заполняя густой цементно-песчаной смесью при­ забойную часть шпура непосредственно перед введением в него штанги. Густой цементно-песчаный раствор подавали в скважину с помощью забойника, а штангу вводили перфоратором со специ­ альной насадкой, благодаря которой штанга не поворачивалась и, резьба не снималась.

Быстротвердеющий глиноземный цемент марки 400 через 2— 3 сут набирает прочность, достаточную для того, чтобы выдержать натяжение штанги при затягивании гайки. В качестве подкладки использовали горбыль толщиной 100 мм, длиной 1,5 м.

Все работы на откосе (бурение и установка штанг) производи­ лись с подвесной люльки, изготовленной из уголкового железа. Люлька перемещалась по откосу с помощью ручной лебедки гру­ зоподъемностью 5 т, установленной на тяжелой раме, выполняю­ щей роль противовеса. В процессе бурения можно было проконт­ ролировать положение трещины, подсекающей блок, и таким об­ разом уточнить необходимую глубину шпура под штангу.

В К у з б а с с е при добыче открытым способом крутопадающих мощных пластов, выходящих на поверхность неглубокими карье­ рами, укреплялись борта лежачего бока пород, обрушающихся вследствие его слоистости.

169

На Киселевском карьере для уменьшения объема вскрыши про­ водились опыты по укреплению бортов штанговой крепью [21]. Был закреплен 50-метровый участок откоса (рис. V.6), сложенный глинистыми сланцами. Укрепление производилось штангами дли­ ной 2,13 м и диаметром 25 мм с клиновым замком, а затяжка по­ верхности откоса — горбылями толщиной 8—10 см. Шаг между

Рис. V.6. Разрез укрепленного участка борта Киселевского карьера:

1 — наносы; 2 — уголь; 3 — затяжка; 4 — штанга с клиновым замком

штангами составлял 2 м. После отработки нижнего уступа закре­ пленный борт сохранял устойчивость и монолитную поверхность откоса, в то время как на незакрепленной части борта образо­ вались трещины и отслоения.

На том же предприятии был укреплен 50-метровый участок борта в лежачем борту пласта «3-ий Внутренний» с углом паде­ ния 70°; коренные породы — песчаник и аргиллит (напластование согласно откосу). Верхнюю, 15-метровую часть откоса закрепили штангами длиной 1,6 м с затяжкой горбылем.

Частичное обрушение незакрепленного борта произошло, когда забой находился в 20—30 м от закрепленного участка. При работе в закрепленной зоне обрушений не было. Когда по окончании ра­ бот в карьере борт подорвали, закрепленная штангами породная плита не разрушалась, а только постепенно оседала в течение не­ скольких месяцев. Неподорваниая часть закрепленного борта со­ хранила устойчивость.

Стоимость работ по укреплению борта оказалась значительно ниже стоимости дополнительных вскрышных работ, связанных с необходимостью разноса бортов на соответствующем участке.

170

Укрепление в первом случае стоило не менее 1500 руб. Во вто­ ром — расходы составили 569 руб., а стоимость вскрышных работ по проекту составила бы 1840 руб.

Па разрезе шахты «Коксовая-1» был закреплен участок борта длиной свыше 150 м, высотой местами более 20 м (общая площадь

вскрышных работ [26] для укрепления бортов карьера применя­ лись железобетонные штанги с металлической сеткой. Породы в закрепляемой зоне отличались интенсивной перемятостью и тре­ щиноватостью. По мере удаления от границы карьера трещинова­ тость вмещающих пород уменьшилась. Для установки штанг бури­ лись скважины глубиной 1,8—3 м, которые заполнялись цементно­ песчаным раствором состава 1:3 (цемент марки 300), затем в скважину вводилась арматура из круглой стали диаметром 19 мм с насечкой; на одном конце штанг нарезалась резьба. Длина стержня арматуры на 75—100 мм превышала глубину скважины; раствор нагнетался шприц-аппаратом; бурение скважин произво­ дилось перфоратором ПР-ЗОК, установленным на металлической форме. Сетка расположения штанг составила 1,5x1,5 м. Всего на трещиноватых участках было установлено около 200 железобетон­ ных штанг. После того как раствор в замке штанг достигал до­ статочной прочности, навешивали сетку (размер ячеек 5 x 5 см, толщина проволоки 3,5 мм), которую закрепляли на штангах опорными плитками размером 200x200 мм.

В результате применения железобетонных штанг и сетки угол откоса удалось увеличить с 60 до 80°, что позволило значительно сократить объем выемки пород.

Н а к а р ь е р е «К а у л а» было рекомендовано искусственное укрепление борта в лежачем боку карьера для обеспечения со­ хранности здания дробильной установки, южная стена которого располагалась на подрезанных слоях филлитов. Контакты слоев имели очень гладкую поверхность. Расстояние между слабыми контактами по напластованию составляло от 10 до 150 см, а сред­ ние размеры элементарного структурного блока в филли­ тах— 0,4 м.

Заоткоску уступов со стороны лежачего бока под углом, боль­ шим угла падения слоев, для создания предохранительных берм под зданием дробилки нельзя было допустить, так как при этом подрезались контакты слоев пород. В то же время нельзя было

171

создавать бермы путем выполаживания борта, так как здание дро­ бильной установки располагалось непосредственно на борту карь­ ера (рис. V.7). Ввиду невозможности устройства предохранитель­ ных берм было рекомендовано укрепление борта под зданием дробилки при помощи штанг и рельсов, забетонированных в спе­

тельно закрепив выветривающиеся слои филлитов штанговой крепью.

В соответствии с проектом участок борта под зданием дробил­ ки площадью 30x35 м был укреплен штангами клино-щелевого типа длиной 2,5 м. Сетка расположения штанг 1,5Х 1,5 м. Под гай­ ки штанг подкладывались обрезки деревянных брусьев, а затем металлические опорные плиты размером 100X100 мм. Постоянные наблюдения за устойчивостью участка показали эффективность выполненных работ.

Для обеспечения безопасности работ под сплошным откосом высотой около 100 м на рабочем борту (гор. 249 м) была соору­ жена искусственная улавливающая берма. Ее строительство осу­ ществлялось в следующей последовательности: в скважины диа­ метром 200—230 мм и глубиной 3 м опускались и бетонировались двутавры № 20 длиной 6 м. К полученным таким образом шпун­ там из двутавров приваривались три пояса из рельсов Р-18 на рас­ стоянии 0,7 м друг от друга по высоте. Затем производилась сплошная затяжка шпунтовой стенки бревнами.

Н а З ы р я н о в с к о м к а р ь е р е при постановке уступов в пре­ дельное положение горными работами нередко вскрываются тек­ тонические трещины большой протяженности, падающие в вырабо­ танное пространство, и секущие уступы или группы уступов ('в пла­ не) параллельно простиранию борта или под острым утлом к нему. С течением времени под влиянием интенсивного выветривания и

172