» » Изменение напряженного состояния пород при открытой разработке

Изменение напряженного состояния пород при открытой разработке

02.08.2016

Естественное напряженное состояние горных пород в массиве нарушается при изменении условий окружающей среды. Напряжение о в одних участках ослабевает (рассеивается), в других — сгущается (концентрируется). В зоне формирования склона или откоса выделяются три подзоны (рис. 3.37): разгрузки, концентрации напряжения и естественных напряжений. Разгрузка пород в первой подзоне вызывает в твердых и полутвердых породах раскрытие ранее заложенных трещин и образование новых трещин разгрузки — упругого отпора, которые ориентированы преимущественно вдоль склона. В этих же условиях разуплотнение некоторых полутвердых и глинистых пород сопровождается их гидратацией и набуханием. При залегании пород у подошвы склона (откоса) снижаются их прочность, а также устойчивость склона.
Изменение напряженного состояния пород при открытой разработке

Разгрузка и разуплотнение пород в подзоне I сопровождаются концентрацией напряжений — формированием опорного давления в подзоне II (см. рис. 3.37). В ней уровень напряжений в породах выше естественного на величину коэффициента концентрации напряжений К, равную отношению напряжений, возникших после формирования склона, и первоначальных естественных (К = 1,3/3).
Если в основании склона залегают полутвердые слабые и глинистые породы, то в подзоне II породы раздавливаются, переходят в пластическое состояние и выжимаются из-под откоса; развиваются явления ползучести. В результате на земной поверхности образуются трещины (заколы), параллельные бровкам, формируются оползни. За пределами подзоны в горных породах сохраняются естественные напряжения.
К проявлениям горного давления при открытой разработке месторождений полезных ископаемых относятся оползни, оскользни, обрушения и обвалы, осыпи, оплывины, просадки, а также уплотнение (консолидация) глинистых пород бортовых массивов и отвалов. Оплывины, просадки и консолидация пород имеют смешанное происхождение — гравитационно-гидродинамическое.
Оползни на карьерах имеют различные формы и масштабы (по объему оползневых масс). В мелких оползнях объем оползневых масс измеряется сотнями и тысячами кубических метров, в крупных — сотнями тысяч, в очень крупных — миллионами кубических метров. Простые оползни характеризуются скольжением оползневых масс в чистом виде. При сложных оползнях смещение может происходить: по оплывающей породе; по зоне пластически деформирующихся пород; по толще пород, испытывающей осадку (рис. 3.38). Оползни отвалов могут быть простыми и сложными. По положению поверхности скольжения они делятся на подподошвенные, подошвенные и надподошвенные.
Оскользни возникают в результате скольжения блоков горных пород по поверхностям ослабления бортового массива, падающим в сторону выработанного пространства (см. рис. 3.38). Сложные оскользни образуются в том случае, если угол падения пород бортового массива равен или больше угла наклона уступа. Тогда с поверхностью ослабления массива совпадает только верхняя часть поверхности скольжения. Нижняя ее часть пересекает поверхность ослабления под различными углами и выходит в откос вблизи его основания.
Изменение напряженного состояния пород при открытой разработке

Обрушения и обвалы характеризуются быстрыми смещениями и падением крупных блоков пород, оторвавшихся от уступов и бортов карьера. При падении они опрокидываются и дробятся на мелкие куски. Оплывины возникают в результате фильтрационного разрушения откосов несцементированных и обводненных пород карьера. Просадки — это вертикальное опускание прибортовых участков высокопористых рыхлых породных масс без образования сплошной поверхности скольжения.
Уплотнение (консолидация) пород бортовых массивов происходит за счет снятия эффекта гидростатического взвешивания и устранения воздействия фильтрационного давления при осушении обводненных месторождений. Уплотнение пород отвалов обусловлено действием собственной массы, что приводит к уменьшению их пористости и влажности.
Изменения напряженного состояния массива и закономерности проявления горного давления при открытой разработке месторождений необходимо оценивать для выбора важнейших параметров карьера — крутизны откосов уступов и в целом бортов. Крутизна откосов должна быть максимально возможной, чтобы площадь карьера и объем вскрышных работ были бы наименьшими, а борта — устойчивыми: в них не могли бы формироваться оползни, оскользни, обрушения, обвалы, осыпи и др. Поэтому оценка устойчивости откосов на карьере представляет собой комплексную проблему определения оптимальной крутизны откосов, прогнозирования техногенных геодинамических явлений и разработки мероприятий по их предупреждению и ограничению развития.