Рис. 1

а - схема оплывающего откоса;

б - схема оплывающего откоса при "подрезанном водоупоре";

в - схема образования "козырьков нависания" при оплывании

Процесс оплывания песков идет относительно равномерно в том случае, когда перед откосом имеется площадка для размещения оплывающих масс песка (рис. 1а). При "подрезанном водоупоре" (рис. 1б) оплывание характеризуется резко выраженной неравномерностью, что приводит к образованию промоин, а при устойчивых сводах - к возникновению пещер.

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

Фильтрационный выпор - нарушение устойчивости частично подтопленных песчаных откосов, при котором приходит в движение некоторый его объем; выпор происходит под влиянием сил тяжести и гидродинамического давления, которое играет в этом процессе основную роль.

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

, (1)

где - угол откоса, устойчивого на выпор,

- градиент напора,

- угол трения.

На промежутке высачивания незатопляемого откоса деформаций выпора не наблюдается.

Механическая суффозия - вынос мелких частиц из массива горных пород под влиянием гидродинамических сил. Суффозионные явления наблюдаются главным образом в песчаных грунтах с коэффициентом неоднородности < 15 - 20. По данным В.С. Истоминой (1957), при величинах < 10 суффозионные явления возникают лишь при весьма больших градиентах (0,5 - 1,0). Такие градиенты фильтрации в песчаных породах в практике эксплуатации карьеров встречаются крайне редко и лишь на весьма ограниченных участках, поэтому суффозионные явления - весьма редкий тип фильтрационных деформаций откосов на карьерах.

Фильтрационный вынос вдоль трещин носит эрозионный характер и может развиваться в слабосцементированных породах с характерной естественной трещиноватостью. В отдельных случаях фильтрационный вынос может привести к образованию подземных пустот и провальных воронок. Этот вид деформаций встречается редко и имеет существенное развитие лишь в слабосцементированных рыхлых песчаниках.

Из других видов деформаций откосов уступов и бортов карьеров, связанных с влиянием поверхностных и подземных вод, следует отметить поверхностную эрозию, выщелачивание и растворение пород.

Поверхностной эрозии подвержены песчано-глинистые рыхлые породы, слагающие борта карьеров. Эрозия развивается под воздействием на породы поверхностных потоков атмосферных или технических вод, а также подземных вод, вытекающих в карьер.

Выщелачиванию подземными водами чаще всего подвергаются карбонатные трещиноватые породы. Процесс выщелачивания развивается медленно, поэтому при отработке месторождений он не оказывает существенного влияния на устойчивость бортов карьеров. Однако наличие естественных карстов осложняет ведение горных работ и ухудшает устойчивость откосов, т.к. при вскрытии их возможны значительные водопритоки и вынос рыхлого заполнителя.

Наиболее существенное влияние на устойчивость бортов оказывает соляной карст, связанный с быстрым растворением солей (галита, ангидрита и др.), который может явиться причиной обрушения борта карьера.

Деформации в лессовидных породах (просадки) связаны с растворением цементирующих соединений; деформации носят локальный характер и, как правило, не оказывают существенного влияния на устойчивость бортов карьеров.

На карьерах наблюдаются также провальные явления под влиянием подземных разработок и карстовых процессов.

1.9. При анализе условий возникновения деформаций откосов различают факторы, способствующие возникновению деформаций, и причины их возникновения.

Основными факторами, способствующими развитию деформаций откосов на карьерах, являются:

а) наличие поверхностей ослабления - тектонических нарушений, поверхностей скольжения древних оползней, слабых контактов между слоями;

б) обводненность пород и слабая их дренируемость;

в) интенсивная трещиноватость отдельных участков;

г) наличие прослоев слабых глинистых пород.

Основными причинами развития деформаций откосов являются:

а) несоответствие углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов или несоответствие их высот геологическим условиям;

б) отсутствие дренажа или недостаточная его эффективность;

в) неправильное ведение горных работ (буро-взрывных, экскаваторных и др.) и очередности отработки участков;

г) неправильная оценка устойчивости откоса или принятие углов откосов без достаточного обоснования.

Указанные геологические факторы, снижающие прочность и устойчивость в откосах массива горных порол, невозможно с необходимой детальностью выявить при разведке месторождений, поэтому при определении параметров откосов в период проектирования карьера они не могут быть учтены с необходимой полнотой. Детальное изучение неблагоприятных для устойчивости откосов геологических факторов производится в период строительства и эксплуатации карьеров.

1.10. Визуальное обследование состояния откосов на карьерах проводится не реже одного раза в месяц участковым маркшейдером или геологом и включает в себя фиксирование всех признаков начинающихся деформаций откосов, геологических и горнотехнических факторов, влияющих на устойчивость откосов.

Результаты визуального обследования состояния откосов заносятся в специальный журнал осмотра состояния откосов и подписываются лицом, произведшим осмотр.

На основе этого обследования определяется объем работ по наблюдениям за деформациями откосов и обеспечению устойчивости и безопасности работ в карьере.

1.11. При выполнении наблюдений за деформациями откосов на карьерах должны соблюдаться "Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом".

В случаях, когда на бортах карьера проводятся профилировка откосов, наблюдения за выветриванием пород в уступах и натурные испытания больших призм, должна производиться предварительная оборка откосов уступов с целью предотвращения вывалов отдельных кусков породы.