зачем должны проводиться систематические инструментальные наблюдения на карьерах

Глава 1. Общие положения

1.1. Предотвращение оползней и обрушений откосов на карьерах, а также разработка мероприятий, снижающих вредное воздействие деформаций уступов, бортов, отвалов и территорий, прилегающих к карьеру, является необходимым условием бесперебойной работы горного предприятия.

1.2. Целью комплекса работ, предусматриваемых «Инструкцией по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости», является:

а) изучение деформаций бортов карьеров, уступов и отвалов и выявление причин их возникновения;

б) установление оптимальных параметров откосов участков горных работ;

в) предупреждение оползней и обрушений откосов на карьерах, разработка и применение мер, исключающих проявление деформаций, опасных для жизни людей и влекущих за собой снижение экономической эффективности горных разработок.

1.3. Для достижения этих целей на карьерах должны проводиться систематические инструментальные наблюдения за деформациями откосов, изучение физико-механических свойств горных пород, а также геологических и гидрогеологических условий месторождения.

1.4. Для разработки противодеформационных мероприятий, предотвращающих опасное проявление деформаций откосов на карьерах, выполняются следующие виды работ:

а) проведение систематических глазомерных наблюдений за состоянием откосов в карьере и на отвалах; изучение геологических и гидрогеологических условий месторождения, изучение условий залегания породных слоев, структуры массива полезного ископаемого, налегающих и вмещающих пород, пород основания отвалов;

б) выявление зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций откосов на карьерах и организация на этих участках стационарных инструментальных наблюдений;

в) проведение инструментальных наблюдений за деформациями бортов уступов и откосов отвалов;

г) изучение возникающих нарушений устойчивости, установление их характера, степени опасности и причин возникновения, их документация;

д) составление проектов искусственного укрепления ослабленных зон и участков, контрфорсов, пригрузок откосов, специальной технологии горных работ и других мероприятий по борьбе с разрушениями откосов на карьерах;

е) систематический контроль за состоянием противодеформационных сооружений и выполнением мероприятий, предотвращающих развитие нарушений устойчивости откосов;

Корректировка общих углов наклона бортов осуществляется проектной организацией на основе данных наблюдений.

1.5. В зависимости от горно-геологических и гидрогеологических условий разрабатываемых месторождений, срока службы карьеров, глубины разработок, горнотехнических условий и применяемого горного оборудования и механизмов на карьерах выполняется весь комплекс работ, предусмотренный настоящей Инструкцией, или часть его.

Объем работ, подлежащих выполнению на каждом карьере, определяется техническим руководством предприятия и после согласования с местным органом Госгортехнадзора утверждается вышестоящей организацией.

1.6. Общее руководство и ответственность за своевременное и качественное выполнение работ по наблюдениям за деформациями откосов и оперативному решению вопросов по обеспечению устойчивости бортов карьеров, откосов уступов и отвалов возлагаются на главного инженера предприятия.

Работы, предусмотренные настоящей Инструкцией, должны выполняться инженерами и техниками маркшейдерской и геологической специальностей, для чего в геолого-маркшейдерской службе горных предприятий должны быть предусмотрены соответствующие штаты.

Для выполнения специализированных работ, рекомендуемых Инструкцией, могут быть привлечены научно-исследовательские, проектные, учебные и производственные организации соответствующего профиля. Последнее, однако, не снимает ответственности с горного предприятия за правильное и своевременное выполнение всего комплекса работ, необходимого для обеспечения устойчивости бортов уступов и отвалов.

1.8. На карьерах различают следующие виды нарушения устойчивости уступов, бортов и отвалов: осыпи, обрушения, оползни, просадки, оплывины и фильтрационные деформации.

Осыпи характерны для всех видов горных пород, затрагивают, как правило, приповерхностную часть крутых откосов и формируются в течение значительного периода времени (несколько лет). Способствуют выполаживанию общего угла наклона борта карьера за счет уменьшения (сработки) площадок (берм) уступов. Иногда осыпи являются источником образования более крупных нарушений устойчивости (оплывин, оползней).

Просадки (см. п. 47 приложения 1) связаны с уплотнением высокопористых рыхлых отложений и отвальных пород под влиянием внешних пригрузок, увлажнения атмосферными осадками и консолидации. Обычно это наименее опасный вид нарушения устойчивости, однако в определенных условиях может служить причиной серьезных нарушений режима работы, аварий и травм.

Фильтрационные деформации, вызываемые подземными водами, разделяются на оплывание, выпор, механическую суффозию и фильтрационный вынос вдоль трещин.

Оплывание связано с переносом и переотложением грунтовых частиц подземными водами, вытекающими на откос в пределах промежутка высачивания; наибольшее развитие процесс получает в песчаных грунтах (рис. 1).

Оплывание может явиться причиной деформаций вышележащих пород (рис. 1в).

Угол затопленной части откоса, устойчивого на выпор, определяется условием:

На промежутке высачивания незатопляемого откоса деформаций выпора не наблюдается.

Источник

Глава 3. Маркшейдерские инструментальные наблюдения

Маркшейдерские инструментальные наблюдения

3.1. Общие положения

3.1.1. Целью маркшейдерских наблюдений является:

а) установление границ распространения и вида деформаций горных пород;

б) определение скорости и величин деформаций;

в) определение критической величины смещений, предшествующих началу активной стадии, для различных инженерно-геологических комплексов;

г) предрасчет развития деформаций во времени при углубке карьера.

3.1.2. Для проведения маркшейдерских наблюдений за деформациями бортов карьеров и откосов отвалов закладываются специальные наблюдательные станции, на которых периодически проводятся инструментальные наблюдения. Наблюдательная станция состоит, как правило, из нескольких профильных линий, по которым расположены опорные и рабочие реперы.

3.1.3. Инструментальные маркшейдерские наблюдения за деформациями бортов и отвалов должны быть начаты одновременно с началом развития вскрышных работ на карьере.

В технических проектах разработки месторождений открытым способом должны содержаться проекты наблюдательных станций по наблюдению за деформациями бортов в целом и за деформациями отдельных участков бортов с неблагоприятными условиями устойчивости. В тех случаях, когда технические проекты отработки месторождений не содержат проектов наблюдательных станций, последние составляются геолого-маркшейдерской службой предприятий. По мере накопления данных наблюдений за деформациями бортов карьеров и отвалов проекты наблюдательных станций и периоды наблюдений могут изменяться в соответствии с фактическими горно-геологическими условиями.

3.1.4. Использование инструментальных маркшейдерских наблюдений основывается на следующих положениях:

а) возникновению оползней и обрушений откосов предшествуют длительно развивающиеся микродеформации (скрытые деформации) прибортовых массивов;

б) отстройка бортов карьеров по предельному (проектному) контуру при существующих системах открытой разработки месторождений занимает значительный промежуток времени, вследствие чего период скрытой стадии деформирования бортов, предшествующий активной стадии, растянут во времени, что позволяет по результатам наблюдений судить о характере и степени опасности тех или иных деформаций;

в) для правильной интерпретация характера деформаций бортов длительные инструментальные наблюдения должны сопровождаться детальным изучением геологического строения отдельных участков месторождения и физико-механических свойств пород (в особенности деформационных свойств, в том числе предельных деформаций);

г) на устойчивость бортов карьеров оказывают влияние многие факторы, часть из которых учитывается с большой погрешностью, определяющей необходимость введения при расчетах устойчивости значительных коэффициентов запаса; материалы инструментальных наблюдений за деформацией бортов карьеров и отвалов дают возможность устанавливать углы наклона бортов и откосов отвалов с меньшим коэффициентом запаса;

д) позволяя дать количественную оценку деформации откоса, маркшейдерские инструментальные наблюдения, в комплексе с инженерно-геологическими и гидрогеологическими исследованиями, помогают выявить характер начавшейся деформации, что дает возможность сделать прогнозы относительно ее развития во времени и пространстве и наметить мероприятия по устранению причин, вызывающих развитие опасных деформаций.

3.2. Закладка наблюдательных станций

3.2.1. Реперы наблюдательной станции закладываются по линиям, перпендикулярным к простиранию борта карьера в предельном положении (рис. 4). Вначале составляется проект наблюдательной станции, который должен состоять из плана наблюдательной станции в масштабе 1:1000 или 1:2000, краткой пояснительной записки, а также соответствующих геологических карт и разрезов.

На плане наблюдательной станции должно быть показано:

а) состояние горных работ на момент составления проекта;

б) проект дальнейшего развития горных работ;

в) сооружения, находящиеся на бортах карьера или вблизи отвала;

г) расположение запроектированных профильных линий и реперов на них;

д) рельеф местности.

К плану наблюдательной станции должны быть приложены детальные геологические разрезы, на которые наносятся:

а) границы литологических разностей пород;

б) степень и характер трещиноватости каждой литологической разности;

в) дизъюнктивные нарушения и тектонические трещины большого протяжения с указанием направления и угла их падения;

г) характеристики сопротивления сдвигу ( и K);

Пояснительная записка должна содержать:

а) общее краткое описание месторождения и горных работ;

в) краткую методику наблюдений с указанием сроков производства наблюдений и инструментов, которые предполагается применять.

Все материалы по проекту наблюдательной станции должны быть сброшюрованы и подписаны лицом, составившим проект. Проект наблюдательной станции утверждается главным инженером предприятия.

3.2.2. Профильные линии наблюдательной станции закладываются в различных горно-геологических условиях. В первую очередь, профильные линии закладываются на менее устойчивых участках борта.

Наименее устойчивые участки бортов карьеров характеризуются следующими признаками:

а) крутым углом заоткоски борта или крутым общим углом откоса многоярусного отвала;

б) большой глубиной карьера или высотой отвала;

в) подрезкой слоев в основании бортов и слоистым основанием отвалов;

г) наличием тектонических нарушений;

д) наличием слабых контактов и пластичных слоев в основании бортов или отвалов и ослаблений, обусловленных спецификой древнего и современного рельефа на отдельных участках (балки, ложбины стока, карстовые проявления и т.д.);

е) обводненностью горных пород, увлажнением отвальных масс атмосферными осадками и обводненностью основания отвалов;

ж) наличием на бортах или отдельных уступах больших навалов породы;

з) сейсмическим воздействием взрывов и вибрацией от работы горнотранспортного оборудования (влияющих на устойчивость отдельных уступов).

3.2.3. Крайние пункты профильной линии должны быть заложены вне зоны деформаций, возникающих при углубке карьера до проектной глубины.

Профильные линии проводятся по всему карьеру (через оба противоположных борта и дно карьера), а при большой глубине карьера они закладываются на каждом борту карьера самостоятельно.

Опорные реперы профильных линий закладываются вне зоны деформаций в количестве не менее двух на каждой стороне (рис. 5).

3.2.5. Одновременно с закладкой наблюдательных станций должны быть заложены исходные реперы, к которым привязываются опорные реперы всех линий. Исходных реперов должно быть не менее трех. Закладка этих реперов производится в местах, обеспечивающих неизменность их положения в течение всего времени производства наблюдений. Исходные реперы должны быть заложены вне зоны влияния горных работ, а также за пределами зоны возможного оседания земной поверхности под влиянием снижения уровня подземных вод при дренаже карьерного поля.

3.2.6. Перенос проекта наблюдательной станции в натуру производится путем построения на местности соответствующих углов и длин.

3.2.7. Конструкция реперов должна быть простой, и способ закладки их должен обеспечить:

а) прочную связь репера с горной породой, чтобы сдвижения репера точно соответствовали сдвижениям пород;

б) сохранность и неизменность положения реперов на весь срок их службы, а также удобство пользования ими;

в) отчетливость отмеченного центра на головке (полусфере) репера для обеспечения точности наблюдений за сдвижением репера в горизонтальной плоскости;

г) устойчивость репера в условиях сезонных изменений температуры и влажности пород и промерзания и оттаивания горных пород.

3.2.8. Для длительного срока службы рекомендуется закладку репера осуществлять следующим образом: в пробуренную скважину диаметром 160-220 мм, на глубину ниже зоны промерзания на 0,5 м, бетонируется металлический штырь диаметром 20-30 мм. Цементный раствор заливается только в нижнюю часть скважины на 0,4-0,5 м (рис. 6). Верхний конец металлического стержня репера обрабатывается на полусферу, на которую наносится центр в виде отверстия диаметром не более 2 мм и глубиной 4-5 мм. Пространство между стенками скважины и штырем выше бетонной подушки заполняется песком или шлаком и плотно утрамбовывается.

Для предотвращения образования ледяной подушки при промерзании в основании репера рекомендуется также укладка пористого основания из материалов, не обладающих капиллярными свойствами (шлак, крупнозернистый песок и др.).

Для уменьшения влияния на репер сил морозного выпучивания верхний конец штыря репера необходимо заглублять от поверхности земли на глубину 20-30 см.

Глубина закладки репера h относительно земной поверхности должна определяться следующим образом:

Во избежание вертикальных смещений репера за счет деформаций грунта, вызываемых изменением его влажности, глубина закладки реперов должна быть не менее 1,5 м.

На срок службы до 3-5 лет могут быть рекомендованы забивные реперы.

Для закладки реперов в скальных породах выбуривается углубление, в котором бетонируется металлический штырь диаметром 20-30 мм и длиной 30-50 см.

В районе вечной мерзлоты конструкция реперов и глубина их закладки выбираются на основе сведений о влиянии промерзания грунта на устойчивость реперов в данном районе.

3.2.9. После закрепления опорных реперов необходимо составить подробный абрис их расположения относительно постоянных предметов местности и исходных реперов. Для удобства отыскания опорных реперов около них устанавливаются сторожки.

3.2.10. Дополнительно к реперам по профильным линиям необходимо производить закладку наблюдательных пунктов в шурфах и других выработках, имеющихся на оползневых участках, с целью выявления поверхности скольжения и мощности оползневого массива.

3.3. Методика маркшейдерских наблюдений

3.3.1. На наблюдательной станции выполняются следующие работы:

а) определение величин сдвижений реперов наблюдательной станции в горизонтальной и вертикальной плоскостях по результатам инструментальных наблюдений;

б) замеры ширины и протяженности трещин на земной поверхности и бермах уступов;

в) соответствующие съемки, в результате которых производится пополнение планов и разрезов горных работ на каждую дату наблюдений с указанием времени производства отдельных операций горных работ (массовых взрывов, вскрышных работ и т.п.).

3.3.2. Инструментальные наблюдения на станции заключаются в работах по:

а) привязке опорных и исходных реперов наблюдательной станции к рудничной маркшейдерской опорной сети (к пунктам триангуляции, полигонометрии и нивелирным реперам);

б) производству начальных наблюдений для определения исходного положения реперов наблюдательной станции в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

в) производству систематических наблюдений за положением реперов для определения их сдвижения.

3.3.3. Привязка исходных и опорных реперов наблюдательной станции в горизонтальной плоскости осуществляется посредством триангуляции или проложением замкнутых полигонометрических ходов от близлежащих пунктов триангуляции или полигонометрии.

3.3.4. Начальные наблюдения на станции заключаются:

а) в нивелировании реперов наблюдательной станции;

б) в измерении расстояний между реперами по профильным линиям;

в) в съемке трещин на участке наблюдательной станции.

3.3.5. Для определения начального положения реперов наблюдательной станции выполняются две независимые серии измерений с интервалом 3-5 дней.

3.3.8. Перед началом нивелирования на станции должны быть произведены все поверки инструментов в соответствии с требованиями инструкций (17, 18, 19).

3.3.10. Тригонометрическое нивелирование производится для определения высотных отметок реперов и горизонтальных проложений между ними на участках с большими наклонами.

При наблюдениях применяются теодолиты с ценою деления вертикального круга не более 30″.

Ошибка измерения высоты инструмента и сигнала не должна превышать 1 мм.

Высотные отметки всех реперов должны быть получены в каждой серии дважды, в прямом и обратном направлениях, либо в одном направлении при двух горизонтах инструмента.

При измерении угла наклона визировать следует по возможности непосредственно на центр репера; в этом случае ошибка в определении высоты сигнала исключается.

При каждом измерении угла наклона вычисляется «место нуля». Допустимые отклонения значений «места нуля» не должны превышать двойной точности нониуса вертикального круга.

3.3.11. Погрешность определения отдельных превышений при тригонометрическом нивелировании, в зависимости от расстояния между реперами и угла наклона, определяется по таблице приложения 21.

3.3.12. Измерение расстояний между реперами профильных линий производится стальными компарированными рулетками длиной не менее 30 м, на весу. Компарирование рулетки должно производиться через каждые 2-3 серии наблюдений на наблюдательной станции. Вынос скрытых центров осуществляется с помощью лот-аппаратов, жестких или шнуровых отвесов. Описание жесткого отвеса и схема измерения длин интервалов приведены в приложении 11.

3.3.15. Для съемки больших оползней и определения их развития во времени и пространстве следует применять метод наземной стереофотограмметрической съемки.

3.3.16. Сроки проведения повторных наблюдений устанавливаются в зависимости от поставленных в проекте задач и развития процесса сдвижения.

В первое время после закладки наблюдательной станции на действующем карьере с целью выявления характера деформирования бортов карьера наблюдения проводятся ежемесячно. После 3-4 серий наблюдений и установления скорости смещения прибортового массива периодичность наблюдений изменяется.

Если скорость смещения реперов не превысит 1 мм/сут. и затухает во времени, интервалы времени между сериями наблюдений могут быть увеличены до 3-4 месяцев и более, однако наблюдения следует проводить не реже 1-2 раз в год.

Если скорость смещения реперов постоянна и составляет 0,5-1,0 мм/сут., наблюдения проводятся соответственно один раз в два месяца и ежемесячно.

При активизации процесса сдвижения интервалы между сериями наблюдений сокращаются до нескольких недель и даже дней.

При наблюдениях за активными оползнями со скоростями смещения 10 мм/сут. и более серии наблюдений проводятся ежедневно; если скорость смещения реперов увеличивается во времени, то для установления критических скоростей смещений, предшествующих срыву оползней, интервалы времени между сериями наблюдений сокращаются до нескольких часов, в отдельных случаях устанавливаются автоматические сигнализаторы скорости деформаций.

3.3.17. Средняя квадратическая погрешность определения положения реперов относительно опорных реперов не должна превышать;

На тех участках бортов, где применяется тригонометрическое нивелирование, среднеквадратические погрешности определяются по формулам, приведенным в приложении 21.

3.3.18. Значения координат X, Y и Z реперов, заложенных в стенках шурфов, определяют упрощенными методами решения аналогичных задач, известными из курса «Маркшейдерское дело».

3.4. Обработка результатов маркшейдерских наблюдений

3.4.1. Результаты полевых наблюдений подлежат аналитической и графической обработке.

Камеральная обработка результатов наблюдений производится непосредственно по окончании каждой серии измерений и заключается в следующем:

а) проверка полевых журналов;

б) вычисление высотных отметок всех реперов наблюдательных станций;

в) вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий с введением в измеренные длины соответствующих поправок;

г) составление по каждой профильной линии ведомостей:

вертикальных смещений реперов;

горизонтальных смещений реперов вдоль профильных линий;

горизонтальных деформаций (растяжений и сжатий);

скоростей смещения реперов по направлению векторов смещения;

д) составление и пополнение графических материалов:

пополненного плана наблюдательной станции и карьера;

вертикальных разрезов по каждой профильной линии с уточнением литологии пород и положения горных работ на момент закладки станции и на момент наблюдения появившихся трещин и заколов;

графиков вертикальных и горизонтальных сдвижений и деформаций по каждой профильной линии;

графиков скоростей смещения реперов по направлению векторов.

Отметки реперов после обработки каждой серии наблюдений заносятся в ведомость вертикальных смещений.

— отметка репера из последующего наблюдения.

3.4.3. Вычисление горизонтальных расстояний между реперами профильных линий производится в специальном журнале; при этом вычисляются и учитываются следующие поправки:

— коэффициент линейного расширения (для стальных рулеток );

— температура компарирования рулетки;

— вес одного погонного метра рулетки в кг/м.

Поправка за провес вводится в том случае, если компарирование рулетки производилось не на весу, а на плоскости. С целью упрощения вычисления поправок за провес могут быть составлены график или таблица величин поправок. Для рулеток длиной 50 м можно пользоваться таблицами Д.Н. Оглоблина;

3.4.4. При тригонометрическом нивелировании реперов горизонтальное расстояние между реперами d определяется по формуле:

— наклонная длина, измеренная по направлению луча визирования и исправленная за температуру, провес и компарирование.

Вычисление превышений между реперами производится до формуле:

Вычисленные горизонтальные расстояния между реперами из каждой серии наблюдений выписываются в ведомость горизонтальных смещений.

3.4.5. Горизонтальные деформации интервала за период между двумя наблюдениями определяются по формуле:

3.4.5. По вычисленным горизонтальным расстояниям между реперами путем их суммирования определяются расстояния от опорного репера до каждого из реперов профильной линии, которые вписываются в ведомости горизонтальных смещений.

Горизонтальные и вертикальные смешения могут вычисляться также по разностям длин интервалов и превышений между смежными реперами в сравниваемых сериях наблюдений.

3.4.6. По смещениям реперов составляются ведомости величин сдвигов прибортовой зоны массива горных пород. Величина сдвига определяется как отношение разности полных смещений соседних реперов к расстоянию между этими реперами по нормали к направлению их смещения:

— полное смещение заднего репера;

Величину сдвига относят к середине интервала.

3.4.7. Вертикальный и горизонтальный масштабы разрезов по профильным линиям должны быть одинаковыми и равными масштабу плана наблюдательной станции.

3.4.8. Масштабы графиков вертикальных и горизонтальных смещений, сдвигов, горизонтальных деформаций выбираются исходя из удобства и наглядности изображения. При этом масштаб расстояний между реперами принимается таким же, как на вертикальных разрезах.

Для удобства совместного рассмотрения графиков сдвижений и деформаций, положения горных работ, строения толщи пород, слагающих борт карьера, и других горно-геологических факторов, в целях установления степени влияния этих факторов на процесс развития деформаций рекомендуется составлять графики и вертикальные разрезы на одном листе.

3.5. Упрощенные маркшейдерские наблюдения

3.5.1. Упрощенные маркшейдерские наблюдения за деформациями откосов на карьерах проводятся на участках, где глазомерным обследованием выявлены признаки формирующихся нарушений устойчивости откосов (оползней, обрушений и др.).

3.5.2. Если деформации откоса развиваются интенсивно, проведение высокоточных измерений на постоянной наблюдательной станции нецелесообразно, закладывается временная наблюдательная станция упрощенного типа. В этом случае реперы представляют собой обычные деревянные колья или металлические стержни, забиваемые в грунт. При этом опорные реперы закладываются вне зоны заколов, а точность измерений не ниже 1:200. Привязка опорных реперов производится после завершения наблюдений.

3.5.3. Упрощенные наблюдения по реперам могут проводиться также на участках, где заложены станции длительного срока наблюдения, в промежутки времени между отдельными сериями наблюдений, выполняемых по полной программе.

3.5.4. Для наблюдения за оседанием прибортовых участков земной поверхности, участков уступов или отвалов производится периодическое нивелирование отдельных реперов или групп реперов, закладываемых на этих участках.

Нивелирование реперов производится от опорного репера, закрепляемого за пределами деформируемого участка. Погрешность определения высоты наблюдаемых реперов при нивелировании в прямом и обратном направлениях не должна превышать мм, что позволяет устанавливать начало скрытой стадии деформирования бортов. Частота наблюдений определяется их задачей. Подобные же наблюдения проводятся за развитием просадок над карстовыми полостями и подземными горными выработками.

3.5.5. Наблюдения за раскрытием трещин проводятся по парным реперам, закладываемым с двух сторон наблюдаемой трещины. Парные реперы представляют собой колья или стойки с закрепленными на них телескопически скользящими оцифрованными рейками (рис. 8-9), мерными лентами, проволоками (рис. 10). Для более точных измерений используются микрометренные головки (индикаторы типа часового механизма, закрепляемые на рейках); наблюдения также могут быть автоматизированы и оборудованы сигнализацией в случаях, когда необходима автоматическая информация о появлении критических смещений (рис. 11). На трещинах значительной протяженности устанавливается несколько пар таких реперов.

Периодичность взятия отсчетов по парным реперам определяется в зависимости от скорости раскрытия трещины и опасности возникновения обрушения. Резкое возрастание скоростей смещений свидетельствует о приближении момента обрушения.

Источник