Первичная структура скального массива любого типа (неслоистого или слоистого) существенно усложняется его гипергенной разгрузкой за счет эрозии лежащей когда-то выше современной дневной поверхности толщи пород и процессами выветривания. При оценке устойчивости карьерных откосов обычно учитывается только верхняя зона дезинтегрированных и выветрелых с существенным преобразованием первичного минерального состава пород, которая фиксируется детальной разведкой месторождения. Нижняя зона, в границах которой гипергенные преобразования в массе горных пород слабо заметны, практически не изучается и не учитывается в расчетах устойчивости массива. Мощность нижней зоны может достигать ста и более метров. При кажущейся свежести и высоких прочностных характеристиках пород средний размер блока в ней меньше, чем в совершенно неизмененном массиве, а по трещинам наблюдаются следы проникновения воды и выщелачивания заполнителя. Все это снижает сцепление по трещинам между породными блоками и в целом устойчивость массива, что фиксируется отсутствием гладкого откола при формировании стационарных уступов карьера в нижней зоне способом предварительного щелеобразования. Указанные явления наблюдались авторами в карьере Ковдорского ГОКа.
Геометрия границ зон интенсивного и слабо проявленного гипергенеза в горном массиве подчиняется литолого-структурному контролю. По крутопадающим разрывным нарушениям и в меньшей степени по телам пород, наиболее склонных к гипергенным изменениям, эти зоны, обычно обводненные, уходят на большую глубину, образуя в неизмененном массиве линейные полосы и клинья, аналогичные по своему влиянию на устойчивость карьерных откосов прослоям слабых пород. Такие полосы и клинья широко распространены на Михайловском месторождении КМА, причем глубина их проникновения в массив железистых кварцитов достигает 400 м.
В заключение следует сказать, что охарактеризованные здесь те или иные опасные с точки зрения устойчивости карьерных откосов геологоструктурные обстановки на каждом эксплуатируемом месторождении, где они могут проявиться, имеют свое конкретное воплощение. Для предотвращения опасных деформаций карьерных откосов необходимо знать структуру разрабатываемого массива в прибортовой зоне карьера. Как правило материалов детальной разведки месторождения для этого явно недостаточно из-за редкой сети скважин по вмещающим полезное ископаемое породам и низкой представительности геолого-структурных данных по керну скважин. Наиболее эффективным способом получения достаточно полной и достоверной информации о структуре массива является детальное геологоструктурное картирование карьерного поля и создание на базе его результатов компьютерной модели структуры массива, позволяющей в оперативном режиме оценивать устойчивость карьерных откосов при различных вариантах их ориентировки и конструкции [1].
Выводы
В неслоистых массивах главным фактором устойчивости карьерных откосов являются трещинно-разломные системы. По условиям возникновения деформаций откосов в них следует различать 4 основных типа структурных обстановок (квазиоднородная среда; трещина, падающая в сторону выемки и в плане ориентированная вдоль карьерного откоса; две кососекущие трещины, падающие навстречу друг другу и образующие желобообразную поверхность скольжения, наклоненную в карьер; сочетание нескольких трещин, следующих вдоль уступов карьера и имеющих разные углы падения).
В слоистых массивах могут иметь место все отмеченные выше структурные обстановки, но главную роль в деформациях откосов играют границы раздела слоев и слабые прослои. Наиболее опасные структурные обстановки при открытой разработке слоистых массивов – субгоризонтальное залегание пород относительно небольшой прочности со слабым контактом или прослоем в основании борта карьера; пологое (10-25°) залегание достаточно прочных, но трещиноватых, пород с прослоями глинистого состава (эта ситуация особо опасна, когда массив за контуром карьера пересекается следующим вдоль него разрывным нарушением); толща пород с падением слоистости в сторону выемки под углом 25-60° подрезается более крутыми откосами (характерная ситуация для складчато-слоистых массивов с пликативными осложнениями крыльев складок и ундуляциями); крутопадающая слоистая толща нарушена пологопадающей трещиной, причем слоистость пород и эта трещина падают в карьер; субвертикальное залегание яснослоистых пород, простирающихся вдоль уступов карьера.
Первичная структура скальных горных массивов существенно усложняется вертикальной гипергенной зональностью. С точки зрения устойчивости карьерных откосов особое внимание следует уделять нижней зоне гипергенеза, наименее изученной при проведении детальной разведки месторождений полезных ископаемых и линейным осложнениям коры выветривания, проникающим на большую глубину в массив неизмененных пород.
Основным способом получения надежных геологоструктурных данных в прибортовой зоне карьера и оценки устойчивости его откосов на предельном контуре является детальное геологоструктурное картирование карьерного поля и создание на его основе компьютерной модели структуры разрабатываемого массива горных пород.
Список литературы
Дунаев В.А., Серый С.С. Методика натурного изучения, геотехнического районирования и моделирования структуры скальных горных массивов в условиях открытой разработки месторождения. – "Горная промышленность", 1999, №1.
Галустьян Э.Л. Крупномасштабные деформации бортов карьеров в слоистых породах. – "Горный журнал", 1990, №5.
Пушкарев В.И. К вопросу напряженно-деформированного состояния и расчета оптимальных параметров откосов в массиве с крутопадающей слоистостью. – "Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых", 1988, №5.
Соболев Е.Г. Исследование причин оползней пород бортов карьеров геофизическими методами. - "Горный журнал", 1986, №11.