О конструкции наблюдательной станции при синклинальном залегании пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Рис. 2. График скоростей смещения реперов

____________________________©_ С.П. Бахаева, С.И. Протасов,

Т.В. Михайлова, Р.П. Бакушкин,

2002

УДК 622.271.333

С.П. Бахаева, С.И. Протасов, Т.В. Михайлова, Р.П. Бакушкин

О КОНСТРУКЦИИ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ ПРИ СИНКЛИНАЛЬНОМ ЗАЛЕГАНИИ ПОРОД

ля многих разрезов Кузбасса (Бачат-СКийІКедровский. Черниговский и др.) ХаракТЄрно синклинальное залегание пород. осложненное большим числом тектонических нарушений и трещин. Причем направление ведения горных работ совпадает с направлением простирания дизъюнктивных и пликатив-ных нарушений. которые являются поверхностями ослабления. Поэтому деформации различных видов (оползни. обрушения. ... ) на таких месторождениях проявляются практически постоянно.

Например. на разрезе «Бачатский» оползни уступов. сложенных четвертичными отложениями. появились. когда высота борта не превышала 30-40 м; оползни в коренных породах стали проявляться при глубине карьера 80 м. В настоящее время. когда глубина карьера достигла 150-200 м и ведется отработка замковой части пласта Мощного (мощность 26 м). деформационные процессы особенно активизировались на эксплуатационном участке № 12. расположенном в южной части Бачатской котловины. Фактические углы откоса борта на данном участке на 2-7° положе рекомендуемых проектом.

Поэтому на сегодняшний день одной из актуальных задач для горных предприятий со сложными горногеологическими условиями является геодинамический мониторинг. который позволит своевременно предупредить чрезвычайные ситуации на карьерах. Такие работы. после длительного перерыва. в настоящее время возобновлены на разрезах Кузбасса. При проведении натурных экспериментов установлено. что не всегда могут быть применены требования к ведению наблюдений. рекомендован-

Рис. 1. Схема деформирования оползня: а -план; б - продольный профиль почвы пласта Мощного по оси синклинали 'Т"; 1 -вектор смещения; 2 - контур зоны деформирования прибортового массива; 3 - трещины; 4 - почва пласта Мощного

ные Инструкцией [1]. В частности. при синклинальном залегании пород расположение профильной линии перпендикулярно простиранию борта не позволяет выявить закономерности процесса сдвижения. а следовательно. своевременно принять эффективные меры по предотвращению чрезвычайных ситуаций. Ниже приводятся конкретные примеры по ведению геоди-намического мониторинга и рекомендации. полученные на основе анализа натурных исследований.

Для выявления механизма оползневого процесса маркшейдерской службой разреза «Бачатский» было заложено несколько наблюдательных станций. Выбор местоположения каждой станции. ее конструкция и методика наблюдений принималась в соответствии с утвержденной Госгортехнадзором Инструкцией [1] и Методическими указаниями [2]. разработанными ВНИМИ.

Наблюдательные станции закладывались перпендикулярно направлению ведения горных работ в зоне визуально обнаруженных деформаций. В результате обработке наблюдений [3] были определены параметры. характеризующие процесс деформирования прибортового

массива (горизонтальные и вертикальные смещения, полные векторы и скорости смещения реперов), а также построена поверхность скольжения по векторам смещения реперов, которая оказалась близка к теоретической. Это подтвердило правильность выбора расчетных методов и устойчивых параметров бортов при проектировании разреза. Проводимые наблюдения длительное время не позволяли выявить факторы, влияющие на устойчивость, кроме того, наблюдательная станция не всегда оказывалась в зоне максимальных деформаций.

В сентябре 1993 г. на участке № 12 юго-западного борта (профиль 112-

113) была заложена наблюдательная линия перпендикулярно направлению фронта горных работ. С октября 1994 г. были начаты наблюдения за тремя пунктами съемочного обоснования, расположенными вдоль прибортовой зоны на отм. 240 м (пункты: 9492, 9546, 8076). С января 1998 г. на этом же участке были заложены три пары реперов вдоль автодороги на отм. 180 м (рис. 1,а).

Таким образом, наблюдательная станция состояла из одной профильной линии, закрепленной вкрест простирания, и трех линий - по простиранию (рис. 1,а).

Наблюдения проводились с использованием светодальномера СТ5 «Блеск», теодолита Theo 010В, а в последние 3 года с использованием станции автономного спутникового определения координат GPS. Максимальная погрешность определения горизонтальных проложений состави-

ла - 18.7 мм. превышения из тригонометрического нивелирования с учетом погрешности за рефракцию - 18.4 мм.

При наблюдениях определялись три координаты (Х. У. Z) каждого репера наблюдательной станции и по результатам наблюдений были построены траектории смещения реперов в плане.

В районе профильных линий 106107 направления смещения реперов (8076. Rp I. Rp I’. Rp II. Rp II’) ориентировано на восток. в сторону выработанного пространства и профиля 111. Полный вектор сдвижения репера 8076 за 5 лет составил 1004 мм; скорость деформаций оставалась практически постоянной в течение всего срока наблюдений - 1.10 мм/сут.

В районе профильных линий 112114 направления смещения реперов (9492. Rp 1 - Rp 11) ориентировано на север. т.е. также в сторону выработанного пространства и профиля 111. Полный вектор сдвижения репера 9492 за 5 лет составил 1160 мм; средняя скорость деформаций - 1.50

мм/сут.

Вектора смещения реперов наблюдательной станции. «стяги-ваясь» к профилю 111. как бы оконтуривают призму возможного обрушения по простиранию борта (рис. 1.а).

В прибортовой зоне на земной поверхности сформировалась зона трещиноватости. причем максимальная интенсивность этой зоны оказалась в районе профилей 109111. а в направлении профилей 106 и 114 амплитуда трещин и их количество заметно уменьшалось.

Были проанализированы многие факторы. которые могли оказать влияние на оползневой процесс. Особый интерес вызвал тот факт. что векторы смещения реперов 9492 и 8076. находящихся на расстоянии 350-400 м по разным сторонам от репера 9546. оказались в 11-13 раз меньше. На все реперы оказывали практически одинаковое влияние природные и техногенные факторы. определяющие устойчи-

Рис. 3. Схема рекомендуемого расположения профильных линий наблюдательной станции при синклинальном залегании пород: а - план; б - продольный профиль; в -поперечный профиль

вость.

Горные работы на данном участке сосредоточены в замковой части синклинали <^» и на всем протяжении находятся на отм. 100-138 м (отметка увеличивается постепенно от профиля 106 до профиля

114).

Было исследовано влияние погружения оси складки на величину деформаций, для чего построен продольный профиль почвы пласта Мощного по оси синклинали <^». Отметка почвы пласта уменьшается от профилей 106 и 115 к профилю 111 (рис. 1,б).

Именно этот фактор, по нашему мнению, т.е. двухстороннее погружение оси синклинали на данном участке и привело к формированию призмы обрушения с ядром в районе 110-111 профильных линий, где оказалась минимальная отметка почвы пласта (67 м).

Анализ траекторий движения реперов в течении всего срока наблюдений позволил установить, что в районе профильных линий 109111 репера (9546, Rp III, Rp Ш7)

сдвигались практически перпендикулярно к направлению фронта. причем величина смещения полного вектора для репера 9546 за 5 лет составила 13240 мм. скорость смещения постоянно увеличивалась (рис. 2) с 0.62 мм/сут. (1994г.) до 12.0 мм/сут. (1997г.).

Анализируя приведенный пример. результаты визуальных наблюдений на других участках разреза «Бачатский». а также на разрезе «Кедровский» авторы считают. что в условиях синклинального залегания пород наблюдательные станции следует закладывать следующим образом (рис. 3):

1. Станцию закреплять в виде двух или более профильных линий. причем одну линию следует располагать по простиранию в приборто-вой зоне (рис. 3.а; ПЛ-1); другую -вкрест простирания борта (рис. 3.а; ПЛ-2).

2. Профильную линию. расположенную перпендикулярно фронту работ. выбирать с учетом направления погружения оси складки (на

участке минимальной отметки почвы пласта) (рис. 3,б).

3. Длину профильной линии по простиранию определять с учетом отметок почвы пласта по оси складки, от точек, имеющих максимальные отметки почвы пласта (т.1, т.2) до точки, имеющей минимальные отметки (т.3).

4. Длину профильной линии, расположенной вкрест простирания, определять в соответствии с размером зоны деформирования прибортового массива [2].

5. По линии, расположенной вкрест пространия, по возможности, следует закреплять по два репера на каждой рабочей площадке уступов ( рис. 3,в). Следует отметить, что это условие очень сложно выполнить на практике, т.к. небольшая ширина рабочих площадок, постоянная работа выемочно-погрузочного оборудования и транспорта на них, а также развитие фронта работ на нижних горизонтах не позволяют сохранять эти репера на длительный срок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов. откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. - Л.: ВНИМИ. 1971. - 187 с.

2. Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов. интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. - Л.: ВНИМИ. 1987. - 118 с.

3. Бахаева С.П., Бакушкин Р.П. Анализ маркшейдерских наблюдений за устойчивостью бортов разреза им. 50-летия Октября // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. - Кемерово, 1995. - № 9. - С. 78-83.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------------------------------

Бахаева Светлана Петровна — доцент. кандидат технических наук. зам. директора НФ «КУЗБАСС-НИИОГР» по геологомаркшейдерским исследованиям и экспертизе.

Протасов Сергей Иванович — доцент. кандидат технических наук. директор НФ «КУЗБАСС-НИИОГР».

Михайлова Татьяна Викторовна — ассистент кафедры маркшейдерского дела КузГТУ. г. Кемерово.

Бакушкин Роман Петрович — главный маркшейдер ОАО «Разрез Бачатский. г. Белово.