РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО
ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ В
КАРЬЕРАХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Влияние сейсмического воздействия массовых взрывов в карьерах на толщу осадочных пород
При производстве повторного геометрического нивелирования, как одного из основных методов при решении маркшейдерско-геодезических задач, величина допустимой неустойчивости исходных реперов не должна превышать значения (=±0,1мм). Закладка реперов не только в коренные породы, что является наиболее предпочтительным, но и в толщу рыхлых (четвертичных) отложений, ставит вопрос о необходимости исследования сейсмического воздействия проводимых массовых взрывов в карьерах на толщу осадочных пород. В большинстве случаев коренные породы залегают на большой глубине, и закладка геодезических реперов на такую глубину связана с техническими трудностями и большими материальными затратами.
Массовые взрывы в карьерах проводятся в скальных породах, которые характеризуются большей упругостью, чем четвертичные отложения. Поэтому упругие волны распространяются в скальных горных породах на расстояния большие, чем в четвертичных отложениях, и вызывают смещения земной поверхности больше в грунтах, чем в твердых породах [32]. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что одинаковое количество энергии взрывов вызывает смещения в четвертичных отложениях намного больше, чем в коренных породах, если их мощность составляет более длины волны [37,38].
Длина волны определяется из выражения:
, (2.1)
где V - скорость распространения упругой сейсмической волны; f - частота колебаний.
Скорость упругой волны является одной из основных характеристик горных пород [38], и для различных грунтов, составляющих осадочную толщу пород, приведена в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Скорость упругой волны в грунтах
ПородыСкорость упругой волны, м/cекЛесс140-600Суглинок150-300Ненасыщенная глина80-1700Насыщенная глина1700-2500Песчаный грунт ненарушенной структуры350-400Песчаный грунт нарушенной структуры130-150
Из таблицы 2.1. видно, что наибольшие скорости упругой волны наблюдаются в обводненных грунтах.
Частота колебаний упругих волн для дальних зон составляет от 6 до 12Гц [38].
Минимальные и максимальные скорости, согласно таблице 2.1, составляют 80 и 2500 м соответственно для ненасыщенных и насыщенных глин.
Вычисленные длины волны для наименьших и наибольших скоростей упругих волн, соответственно для частот 6 и 12Гц приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
Длины волн для различных пород
ПородыДлины волн, мf=6Гцf=12ГцНенасыщенные глины137Насыщенные глины417208
На рис. 2.1 приведен график для определения мощности четвертичных отложений, подвергающихся воздействию взрыва, при различных частотах и скоростях упругой волны.
Исходя из полученных в таблице 2.2 данных видно, что в четвертичных отложениях минимальная длина волны равна 7м, следовательно, в условиях, где мощность насосов составляют величину больше 7м, воздействие массовых взрывов, проводимых в карьерах Кривбасса, будет намного больше, чем в коренных породах.
2.2. Характеристика и условия закладки контрольных кустов реперов (ККР)
Для экспериментальных исследований влияния воздействия массовых взрывов, проводимых в карьерах, на состояние земной поверхности были заложены четыре контрольных куста реперов (ККР) в районе карьеров №1и №2 ЦГОКа [45, 46]. Кусты реперов закладывались вне зоны распространений напряжений в грунтах, создаваемых весом близлежащих сооружений, т. е. на расстоянии, равном не менее половины глубины их заложения, а также в условиях, где отсутствует влияние подземных горных работ, железных и автомобильных дорог с интенсивным движением. То есть на массив горных пород, где заложены маркшейдерско-геодезические знаки, преобладающими факторами, влияющими на их устойчивость, будут природные факторы и воздействие массовых взрывов, проводимых в карьерах №1, 2 ЦГОКа.
Рис. 2.1. График для определения мощности осадочных пород, подвергающихся сейсмическому воздействию
Кусты реперов также располагались за зоной остаточных деформаций, т.е. в зоне упругих деформаций. Расположение кустов реперов приведено на рис. 2.2. Каждый куст состоит из одного глубинного, нескольких грунтовых, заложенных в четвертичные отложения, и прутковых реперов. Все глубинные и грунтовые репера скважинного типа, как наиболее распространенного при производстве повторного геометрического нивелирования. В конструктивном отношении они представляют собой металлическую трубу диаметром 50мм, которая закрепляется в забое скважины с помощью бетона (рис. 2.3).
Стенки ее на всю глубину закреплены обсадными трубами диаметром 100мм. Для обеспечения неподвижности реперной трубы на ней через каждые 3-5метров устанавливались резиновые сальники. Верхняя часть трубы (головка) имеет сферическую поверхность для установки на нее нивелирной рейки. На поверхности вокруг обсадной трубы сооружается защитный колпак, с глубиной заложения ниже зоны промерзания грунтов. Глубинные репера закладывались в скальные породы на 2-3метра глубже нижней границы зоны их выветривания. Конструкция грунтовых реперов аналогична глубинным. При этом якорь репера закладывался не в коренные породы, а в четвертичные отложения на глубину от 4 до 20м. Прутковые репера представляют собой металлические прутья диаметром 15-20 мм, закладываемые на глубину 2,0 метра. На поверхности земли над этими реперами сооружался защитный колпак. Репера, закладываемые в четвертичные отложения, размещались в различных грунтах: глинах, суглинках, песках, известняках, для того, чтобы определить влияние сейсмического воздействия массовы