Классификация опасных зон

Ведение горных и строительных работ изменяет напряженное состояние массива и слагающих его горных пород и сопровождается сложными инженерно-геологическими явлениями в виде различного рода деформаций (осыпи, обрушения, оползни, оплывины, просадки и др.) бортов выработок, откосов отвалов и дамб, что приводит к трансформации контура горных выработок. Участок техногенного массива горных пород, на котором в результате инженерно-геологических явлений может возникнуть аварийное состояние объекта ведения горных работ, создающее угрозу опасности для жизни и здоровья людей либо нанесения значительного ущерба имуществу физических или юридических лиц и окружающей природной среде, является опасной зоной. Исследования инженерно-геологических явлений при открытой геотехнологии, проведенные на большом числе горных предприятий Кузбасса с разнообразными геологическими и гидрогеологическими условиями, показывают, что наиболее часто опасные зоны формируются в массивах техногенных дисперсных грунтов (на участках бортов, сложенных мягкосвязными породами, на отвалах вскрышных пород, расположенных на наклонном или слабом основаниях, и на дамбах накопителей жидких промышленных отходов).

Оползни участков бортов мягкосвязных пород возникают при определенных инженерно-геологических, гидрогеологических и физико-географических условиях, т. е. формируются под воздействием природных факторов. Оползни отвалов обусловлены, в первую очередь, действием горнотехнических факторов: технология формирования, последовательность и интенсивность отсыпки ярусов отвалов, динамические и статические нагрузки и др. При этом наиболее значимое влияние на формирование опасных зон в любых отвальных массивах оказывает его основание (угол наклона и тип пород). Поэтому при оценке устойчивых параметров отвалов принято оценивать устойчивость системы «отвал — основание». Размещение отвалов в прибортовой зоне массива мягкосвязных пород ведет к формированию оползня не столько за счет дополнительной нагрузки на борт, а большей частью вследствие накопления влаги от атмосферных осадков на контакте подошвы отвала с поверхностью борта, насыщения этой влагой пористых мягкосвязных пород и снижения их прочностных характеристик. Еще одним условием формирования опасных зон являются участки бортов, отвалов и дамб, расположенные на подработанной территории.

Отдельно следует выделять опасные зоны, связанные с прорывом воды (затопленные выработки, карстовые полости, накопители жидких промышленных отходов) и возникновением гидродинамической аварии, способной в зависимости от последствий привести к чрезвычайной ситуации.

По воздействию на массив природных и техногенных факторов, а также последствий от аварии было предложено разделить опасные зоны на три группы: обусловленные природными факторами; обусловленные горнотехническими факторами и опасные по прорыву воды. Каждую группу опасных зон делят на подгруппы в зависимости от определяющих факторов, под воздействием которых происходит активизация неблагоприятного инженерно-геологического явления.

Первая группа опасных зон обусловлена воздействием на массив горных пород природных факторов. В этой группе выделено три основные подгруппы.

Опасные зоны, обусловленные природными факторами.

Борт массива горных пород с наклонным и пологим залеганием слоистости в сторону выработанного пространства при наличии в призме возможного обрушения тектонических трещин, секущих уступ, протяженностью более 0,25−0,3 высоты уступа или ослабленных поверхностей, а также при подрезке таких массивов горными работами на высоту более высоты черпания экскаватора Формирование опасной зоны обусловлено здесь в первую очередь условиями залегания пород — наклонное и пологое залегание слоистости в сторону выработанного пространства. Подрезка горными работами контактов: коренных пород с рыхлыми четвертичными отложениями, отдельных слоев рыхлых четвертичных отложений (глины и суглинка) или отдельных слоев коренных пород вызывает контактный оползень. Время формирования этой опасной зоны зависит от целого ряда дополнительных факторов: литологического состава и структурной неоднородности пород, сопротивления пород сдвигу по контакту, степени обводнения массива, наличия напорных вод в водоупорных слоях и др.

Участки повышенной водообильности бортов карьера или отвалов, сложенные мягкими связными, твердыми глинистыми и рыхлыми несвязными или слабосцементированными породами.

С увеличением влажности мягкие связные, твердые глинистые и рыхлые несвязные или слабосцементированные породы набухают, постепенно снижается их прочность и породы переходят в пластичное, а при сильном увлажнении в текучее состояние, поэтому пористость и водопроницаемость играют определяющую роль при формировании опасной зоны в массивах таких горных пород. Рельеф земной поверхности и коренных пород, атмосферные осадки, а также водоносные горизонты, водоемы, открытые и подземные водотоки вблизи такого массива активизируют процесс формирования опасной зоны. Участки борта карьера, отвала вскрышных пород и дамб накопителей жидких промышленных отходов, на которых обнаружены признаки (трещины, заколы, просадки, оползание и т. д.) развивающихся деформаций.

Воздействие внешних сил (выемка и складирование горных пород, статические и динамические нагрузки от выемочно-погрузочного оборудования, транспорта и инженерных сооружений, «'сейсмическое воздействие технологических взрывов) вызывает изменение напряженного состояния массива горных пород, характеризуемое внутренними силами взаимодействия между отдельными его составляющими. В результате происходит снижение прочностных характеристик и разрыв внутренних структурных связей пород, возникают трещины отрыва, и наблюдается постепенное оседание отколовшегося блока.

Вторая группа опасных зон обусловлена действием горнотехнических факторов. Выявлено девять основных подгрупп.

• — опасные зоны, обусловленные техногенными факторами
• — отвалы скальных, полускальных, песчано-гравелистых пород и отвальные смеси на слабом основании происходит в выработанное пространство, при этом насыщаются водой мягкосвязные породы прибортового массива, уменьшаются их прочностные характеристики и одновременно увеличивается нагрузка на призму возможного обрушения.
• — участки ведения горных работ под высокими (более полуторной высоты черпания экскаватора) уступами.
• — уступы глинистых пород. Сухие глинистые породы ведут себя как твердые тела. С увеличением влажности они постепенно снижают свою прочность, переходят в мягкопластичное состояние, а при сильном увлажнении в текучее (полностью теряют прочность).
• — уступы скальных и полускальных пород. Длительный срок стояния высокого уступа без обновления способствует развитию процессов выветривания пород под воздействием осадков и температуры воздуха, а также сейсмического воздействия взрывов, что ведет к формированию здесь опасной зоны.

В уступах, которые находятся в непрерывном движении, процессы разуплотнения, набухания и выветривания пород не успевают развиться, и они сохраняют устойчивое состояние при крутых углах откоса и большой высоте. Поэтому интенсивность обновления откоса является определяющим фактором развития опасной зоны при ведении горных работ под высокими уступами.

— барьерные целики между открытыми и подземными горными выработками, а также смежными открытыми выработками.