Наблюдения за сдвижением пород на карьерах.

Поскольку на характеристики процессов сдвижения горных пород влияют многие факторы, из которых к началу строительства и эксплуатации месторождений не все бывают достаточно хорошо изучены, работы в карьерах ведут, как правило, под контролем инструментальных и визуальных наблюдений. По результатам этих наблюдений корректируют параметры карьеров и разрабатывают противодеформационные мероприятия.

Согласно “Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов, уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости” (1972 г.) при открытом способе отработки месторождений необходимо выполнять следующий комплекс работ (или часть его):

а) проводить систематические глазомерные наблюдения за состоянием откосов в карьере и на отвалах;

б) изучать геологические и гидрогеологические условия месторождения, условия залегания породных слоев, структуру массива полезного ископаемого, налегающих и вмещающих пород, пород основания отвалов;

в) выявлять зоны и участки возможного проявления разрушающих деформаций откосов на карьерах и организовывать на этих участках стационарные инструментальные наблюдения;

г) проводить инструментальные наблюдения за деформациями бортов уступов и откосов отвалов;

д) документировать возникающие нарушения устойчивости, устанавливать их характер, степень опасности и анализировать причины возникновения;

е) составлять проекты искусственного укрепления ослабленных зон и участков, контрфорсов, пригрузок откосов, обосновывать специальную технологию горных работ и другие мероприятия по борьбе с разрушениями откосов на карьерах;

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

з) следить за соблюдением проектных параметров откосов уступов, отвалов и бортов карьеров, корректировать углы откосов рабочих уступов и отдельных участков рабочих бортов.

Для проведения инструментальных наблюдений за деформациями бортов карьеров и откосов отвалов закладывают специальные наблюдательные станции, состоящие, как правило, из нескольких профильных линий грунтовых реперов. Методика закладки наблюдательных станций и проведения наблюдений на них определяется поставленными задачами и условиями разработки месторождения.

Наблюдения на этих станциях должны начинаться одновременно с началом развития вскрышных работ на карьерах.

Наблюдательные станции закладывают по проектам, содержащим план станции в масштабе 1 : 1000 или 1 .2000, краткую пояснительную записку и соответствующие геологические карты и разрезы.

Реперы наблюдательной станции располагают по линиям, перпендикулярным к простиранию борта карьера в предельном положении. Крайние пункты профильной линии закладывают вне зоны деформаций, возникающих при углубке карьера до проектной глубины. Обычно линии располагают по всему карьеру (через оба противоположные борта и дно карьера), а при большой глубине карьера их закладывают на каждом борту карьера самостоятельно.

Каждая профильная линия состоит из опорных и рабочих реперов. Опорные реперы должны находиться вне зоны деформаций в количестве не менее двух на каждой стороне. Расстояние между опорными реперами принимают 20 м и более.

Рабочие реперы закладывают по линиям, примыкающим к карьерам и на площадках (бермах) уступов или ярусов отвала. Длина линий на земной поверхности должна быть не менее 1,5 Н, где Н—глубина карьера (рис 22.1.).

Рис 22.1. Схема к определению размеров профильной линии для наблюдений за деформациями бортов карьеров.

Расстояния между реперами на этих линиях в зависимости от их удаления от верхней бровки борта карьера должны быть следующими:

а) на участке призмы возможного оползания (обрушения) — от 5 до 15 м;

б) с удалением от верхней бровки карьера—от 15 до 30 м;

На каждой площадке уступа закладывают не менее двух реперов один вблизи бровки уступа, другой у подошвы вышележащего уступа.

Исходные реперы, к которым производят привязку опорных реперов всех линий, должны быть в местах, обеспечивающих неизменность их положения в течение всего времени производства наблюдений, т. е. вне зоны влияния горных работ и за пределами зоны возможного оседания земной поверхности от снижения уровня подземных вод при дренаже карьерного поля.

Инструментальные наблюдения (нивелирование и измерение горизонтальных сдвижений) и их обработка состоят в основном из тех же операций, что и при подземной разработке месторождений, но при этом особое внимание обращают на направление и скорости смещения реперов, на характер, протяженность и ширину трещин на земной поверхности и бермах уступов.

Частоту наблюдений устанавливают в зависимости от интенсивности процесса сдвижения и решаемых задач. Она колеблется от пяти - десяти дней до одного года. В отдельных случаях (при наблюдениях за активными оползнями со скоростями смещения 10 мм/сут. и более) наблюдения проводят ежедневно и даже несколько раз в сутки (при скоростях, близких к критическим, т. е. предшествующих срыву оползня).

В последние годы вследствие широкого внедрения принципиально новых конструкций приборов (электронных нивелиров, тахеометров, лазерных дальномеров) резко расширились возможности применения геодезических методов и возросла производительность работ.

В качестве примера можно привести опыт организации наблюдений с целью контроля состояния Северо-западного борта карьера Центрального рудника ОАО «Апатит» с помощью светодальномера «Мекометр - 5 000». Этот инструмент позволяет измерять расстояния в диапазоне 24 - 8 000 м с относительной погрешностью 10^-7, т.е. доли миллиметра на километр.

При этом в качестве основного метода наблюдений принят метод измерения расстояний до рабочих реперов с пунктов, располагающихся на большом расстоянии (2-2.5 км) от области сдвижения. Наблюдательные сети построены таким образом, чтобы получать параметры сдвижения рабочих реперов в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Измерения горизонтальных сдвижений дополняются традиционными определениями вертикальных перемещений реперов из результатов периодического нивелирования.

Основное преимущество данного метода заключается в возможности надёжно выбрать и заложить исходные пункты, что в большинстве случаев представляет собой весьма сложную задачу.

Для наблюдений за сдвижением пород на карьерах весьма перспективно применение принципиально новых методов спутниковой геодезии (GPS - наблюдений), которые бурно развиваются в последнее время. При этом координаты точек земной поверхности вычисляются по расстояниям до искусственных спутников Земли, координаты которых в данный момент времени известны. Таким образом, в качестве исходных пунктов, фактически, используются искусственные спутники Земли, т.е. пункты, заведомо находящиеся вне области сдвижения пород. В случае организации наблюдений по этим технологиям отпадает необходимость построения традиционных геодезических сетей и появляется возможность сведения результатов к одному моменту времени, что совершенно невозможно при обычных измерениях. В настоящее время точность определения координат земных пунктов этими методами составляет несколько миллиметров, это обеспечивает необходимую точность контроля процессов деформирования горных пород, единственным сдерживающим обстоятельством является лишь высокая стоимость приборов.

На участках, где визуальным обследованием обнаружены признаки формирующихся нарушений устойчивости откосов, часто производят упрощенные маркшейдерские наблюдения. С этой целью закладывают временные наблюдательные станции, состоящие из обычных деревянных кольев и металлических стержней, забиваемых в грунт.

Для наблюдения за раскрытием трещин закладывают парные реперы (по обе стороны от трещины), представляющие собой колья или стойки с закрепленными на них телескопическими оцифрованными рейками, мерными лентами или проволоками.

Упрощенные наблюдения за осыпанием породы состоят в измерении расстояний от осыпи до реперов, закладываемых горизонтально по откосу выше уровня осыпи с интервалом 1 м. На участках между соседними реперами производят измерение углов откоса.

Для наблюдения за большими оползнями и определения их развития во времени и пространстве применяют метод наземной стереофотограмметрической съемки. Этот метод позволяет охватить наблюдениями недоступные и опасные места уступов и бортов карьеров, оперативно и в большом объеме получать необходимую информацию о состоянии карьеров. Он менее трудоемок, чем традиционные маркшейдерские наблюдения, и исключает необходимость закладки наблюдательных станций, что весьма важно при съемке крутых откосов, уступов, а также рабочих площадок, существующих непродолжительное время.

В последние годы для наблюдений за деформациями крупных карьеров и их геометризации начинают применять аэрофотограмметрические методы съемок, которые позволяют быстро фиксировать состояние больших объектов (площадью 3—6 км²) и проводить наблюдения независимо от производства горных работ в карьерах и на отвалах. При этом методе практически отсутствуют “мертвые зоны”, встречающиеся при наземной фотограмметрической съемке, и отпадает необходимость в трудоемких работах по устройству базисов для установки фототеодолитов.

Все чаще для изучения оползневых явлений на карьерах начинают применять геофизические методы, особенно сейсмические и электрометрические.

Эффективность перечисленных методов наблюдений за состоянием массивов горных пород на карьерах существенно повышается, когда они применяются в комплексе.