CC BY
31
1. Викторов С.Д., Казаков Н.Н., Закалинский В.М. Анализ методов управления процессов разрушения горных пород взрывом. // Горн. журн. - 1995. - №7. - С. 46-47.
2. Гальянов А.В., Рождественский В.Н., Блинов А.Н. Трансформация структуры горных массивов при взрывных работах на карьерах. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999.
3. Рождественский В.Н. Влияние числа рядов скважин на ширину развала при многорядном короткозамедленном взрывании. // Труды ИГД МЧМ СССР. -Свердловск, 1990.-Вып.89.- С.40-44.
4. Рождественский В.Н. Исследования эффективных способов управления развалом взорванной горной массы на карьерах. // Проблемы горного дела: Сб. научн. тр. / ИГД УрО РАН. - Екатеринбург, 1997.-С.283-290.
— Коротко об авторах
Копылов С.В. - Институт проблем комплексного освоения недр РАН.
------------------------------------------- © А.М Демин, Н.П. Горбачева,
А.Б. Рулев, 2005
УДК 622.271
А.М. Демин, Н.П. Горбачева, А.Б. Рулев
ДИНАМИКА РАЗДЕЛЕНИЯ ПРИОТКОСНОГО МАССИВА НА БЛОКИ ПРИ ОПОЛЗНЯХ
Семинар № 3
~П ыбранный объект исследования -
.О карьеры Кивдо-Райчихинского месторождения бурого угля - отвечает требованиям натурного моделирования по следующим соображениям:
1. Месторождение пластового типа с горизонтальным залеганием слоев, поэтому отпадает необходимость учитывать влияние наклона пластов на устойчивость откосов уступов.
2. Месторождение сложено довольно однородными песчано-глинистыми отложениями, в которых крупность песков постепенно уменьшается с глубиной, а глины представлены песчанистыми разностями.
3. В основании уступов залегает продуктивный угольный пласт мощностью 5-6 м, покрытый тонким слоем (1-2 м) плотных глин.
4. Водоносный горизонт расположен среди песков, слагающих надугольную толщу. Этот горизонт напорных вод оказывает влияние на обводненность карьеров и устойчивость горных выработок.
5. В процессе отработки карьеров угол наклона уступов оставался практически постоянным, равным 46о-47о.
6. Высота уступа изменялась в широких пределах от 14 до 41 м, а количество оползней 37 достаточно представительно.
7. Оползни изучались на двух карьерах Северо-восточном и Широком, отличающихся крупностью песков в верхней части разреза.
Рис. 1. Профиль оползня уступа высотой 24 м и шириной захвата 4 м
8. Все оползни имели место
в один и тот же год, т.е. практически одновременно.
Таким образом, представилась уникальная возможность проследить развитие оползневого процесса в натурных условиях при единственном изменяющемся параметре - высоте уступа Ну.
Профили уступов после оползня представляли собой ломаную линию, образованную неравномерным перемещением отдельных частей-блоков при сдвижении, как это показано на рис. 1. Изучение оползней проводилось в соответствии с выдвинутой авторами новой концепцией исследования природных процессов [1] Согласно этой концепции, наблюдаемое разнообразие оползневых проявлений обусловлено взаимодействием ядер деформаций сжатия (ядро О), растяжения (ядро и), сдвига (ядро Т) и бокового распора (ядра Б1 и Б2). На рис. 1 вокруг каждого ядра пунктиром показаны зоны его действия, а тонкими прямыми линиями, проведенными под волновыми углами, очерчены конуса деформаций, в пределах которых происходят подвижки.
Рассмотрим формирование оползня при высоте уступа 24 м, при которой образуется наиболее протяженный оползень. Первоначально откос уступа имел длину Ь=33м, а после оползня оказался составленным из 7 частей, суммарной длиной Ь2 = 3 + 3 + 5 + +14 + 6 + 9 + 12 = 52 м. При определении длины откоса после оползня необходимо учитывать также и ширину захвата Ь (см. рис. 1). В этом случае длина откоса до оползня составит: Ь1 = Ь + Ь = 33 + 4 = 37 м. Величина относительного удлинения сдвинувшейся части массива ДЬ, определяемая как отношение суммарной длины всех блоков после оползня Ь2 = 52 к начальной длине Ь1 = 37 сдвигающегося массива, получится равной 1.4. Вычисленная величина удлинения, определенная по 37 оползням, изменялась в пределах от 1.1 до 2.0. (Известно, что в тех же самых пределах от 1.1 до 2.0 изменяется коэффициент пластичности, определяемый путем вдавливания штампа в горную породу.)
На рис. 2 представлена зависимость относительного удлинения ДЬ сдвинувшейся части массива от высоты уступа НУ
Кривые, соединяющие расчетные значения параметра ДЬ на карьере Широком (сплошная кривая) и на карьере Северо-восточном (пунктирная кривая), подобны. Форма кривых изменения относительного удлинения с увеличением высоты уступа носит волновой характер с ярко выраженными максимумами при высоте уступа 24-26 м и 33-35 м. Следовательно, наиболее склонными к оползням являются уступы высотой 24-26 м и 33-35 м., а наиболее устойчивыми - уступы высотой 15-16, 19-22 и 27-29 м.
Рассмотрим динамику развития ширины захвата с ростом высоты уступа, представленную на рис. 3.
Сдвижение оползневых масс происходит по поверхностям разрушения, обусловленных в основном взаимодействием ядра растягивающих деформаций и и ядра сдвиговых дефор-
Рис. 2. Зависимость относительного удлинения сдвинувшейся части массива от высоты уступа
Ну^п
■ ' '
-----------1----4-----1 » -Л-------
о 3 6 9 12 15 18 Ь-"1
маций Т. Интерпретируя зависимость, представленную на рис. 3, вспомним, что подразумевается под терминами поверхность отрыва и ширина захвата [2]. Поверхность разрушения в верхней части уступа, в которой действуют растягивающие напряжения, равная глубине распространения вертикальных трещин, называется поверхностью отрыва. Расстояние на верхней площадке уступа от бровки до поверхности отрыва называется шириной захвата. Как это видно на рис. 3, разрушение, связанное с образованием поверхности отрыва, происходит
Рис. 3. Зависимость ширины захвата Ь от высоты уступа НУ
конусообразно, причем одна образующая конуса как бы зафиксирована на отметке 3 м от бровки уступа. Вторая образующая конуса, являясь направляющей линии скольжения, с ростом уступа перемещается, увеличивая угол раствора конусов от 38о до 55о.
Видно, что наклон линии скольжения задается динамикой развития ширины захвата. При высоте уступа более 25м меняется режим деформирования.
Если отрезки ломаной линии профиля уступа, показанного на рис. 1, продлить в сторону массива, то можно убедиться, что в их формировании принимали участие поверхности отражений, роль которых несет верхняя площадка уступа и вертикальная граница раздела приоткосной части уступа и остального массива горных пород. Приоткосная часть уступа, испытывающая влияние сил, формирующих откос, а также различных нагрузок, оказывается в напряженном состоянии. На границе раздела образуются ядра Б1 и Б2. Расстояние от верхней бровки откоса до вертикальной границы раздела постоянно, равно 17 м и практически не зависит от высоты уступа.
Проведенный анализ результатов натурных наблюдений не только показал, что от высоты уступа зависит его устойчивость и протяженность оползня, но и позволил выявить механизм оползневого процесса, обусловленный взаимодействием ядер деформаций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демин А.М., Горбачева Н.П. Новая концепция исследования природных процессов на примере оползневых явлений в карьерах // Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых: Тез. док. очно-
заочной научн. конфер. 23-26 октября, 2001. Новосибирск, 2001. - С. 64-66.
2. Демин АМ. Закономерности проявлений деформаций откосов на карьерах. - М.: Наука,1981. - 144 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Демин А.М., Горбачева Н.П., Рулев А.Б. — Институт проблем комплексного освоения недр РАН.
© В.В. Ремезов, 2005
