Все упомянутые методы, не имея глубокого математического обоснования, давали вполне приемлемые, по тем временам, результаты.
The State of the problem of securing stability of rock quarry slopes
In the paper, information is given of the main stages of development and the present state of the problem of achieving stability of ore rock quarry sides in Russia.
Вторая половина XIX века ознаменовалась началом разработки математических основ теории устойчивости откосов и давления грунтов на подпорные стенки. Первые работы в этом направлении принадлежат Ренкину (1857). Делая допущения о том, что в каждой точке массива выполняются условия прочности Кулона, ему удалось решить задачу о предельном равновесии бесконечного массива, ограниченного наклонной плоскостью. В 1903 году Кеттером была выведена система уравнений предельного равновесия грунтовых масс. Однако, общее решение этой системы ему найти не удалось.
Большой шаг в развитии расчетных методов устойчивости откосов был сделан в 1916 году, когда Петтерсон и Хольтин на основании данных Шведской геотехнической комиссии впервые высказали предположение о круглоцилиндрической поверхности скольжения.
Первой значительной работой по расчету устойчивости откосов, имеющей в основе круглоцилиндрическую поверхность скольжения, явилась работа В. Феллениуса, в которой автор дает удобный график для определения углов откосов при заданной их высоте, а также указывает пути нахождения линии возможного скольжения. Для грунтов без трения (только со сцеплением), она находится из условия минимума коэффициента запаса. Аналогичную задачу для грунтов с трением В. Фелленису решить не удалось, и он предложил в подобном случае, искать положение линии скольжения методом подбора.
Следует отметить, что указанная задача была решена в 1954 году Б.М. Ломидзе.
Начало систематического изучения устойчивости карьерных откосов, у нас в стране, связано по времени с интенсивным развитием открытых разработок в послевоенный период. Именно в это время был заложен фундамент отечественной школы исследования устойчивости откосов на карьерах, которую создал и возглавил Г.Л. Фисенко. Им впервые были сформулированы задачи, стоящие перед исследователями устойчивости бортов карьеров (разрезов) и отвалов, расклассифицированы горно-геологические условия и нарушения стабильности откосов на карьерах, обобщены методы расчета устойчивости карьерных откосов, определены области их применения.
В различных регионах страны, где открытые разработки приобрели особенно большой размах, в институтах горного дела и ведущих ВУЗах (ВНИМИ, Екатеринбургский филиал ВНИМИ, УНИпромедь, ИГД МЧМ, ВИОГЕМ, ВНИПИ- горцветмет (с 1988 г. Гипроцветмет), ГИГХС, ИПКОН РАН, ВНИИцветмет, ЯкутНИпроалмаз, СредазНИпроцветмет, МГГУ, ЕГГГА, КарТУ и др.), создаются специализированные отделы, лаборатории, секторы и группы. Аналогичные тенденции прослеживаются и за рубежом. К исследованиям устойчивости карьерных откосов привлекаются многие видные ученые. Появляется ряд новых методов, авторы которых ставили перед собой задачу упростить расчеты. Осуществление этой задачи с одной стороны происходило за счет отбрасывания некоторых второстепенных, но значительно усложняющих расчеты факторов (не учитывать реакции между блоками, на которые разбивается откос, не требовать выполнения всех условий статики и т.д.), с другой стороны, за счет создания более удобных таблиц и графиков.
Параллельно шло развитие и другого направления - авторы стремились создать строгую математическую теорию расчетов.
Таким образом, в исследованиях по теории предельного равновесия породных масс и созданию методов расчета устойчивости откосов, четко выделилось два основных направления:
-
создание строгой теории предельного равновесия (методы расчета устойчивости, базирующиеся на строгой математической и физической основе) - математические методы;
-
создание упрощенной теории предельного равновесия (упрощенные и приближенные методы, разработанные применительно к конкретным горно-геологическим условиям для инженерных расчетов и прогнозов устойчивости откосов) - инженерно-интуитивные методы.
К первому направлению, продолжающему и развивающему идеи Ренкина и Кеттера, в первую очередь следует отнести работы В.В. Соколовского, С.С. Голушкевича, В.И. Новотворцева и В.Г. Березанцева. В расчетных методах этой группы строится сетка поверхностей скольжения, ограничивающая некоторую область, в каждой точке которой удовлетворяется условие предельного напряженного состояния. Эти методы наиболее обоснованные в теоретическом и математическом отношениях очень трудоемки и позволяют получать хорошие результаты при расчетах устойчивости откосов, только в изотропной среде, которую по мнению Г.Л. Фисенко «следует рассматривать как иногда возможный, частный, и при том крайний, случай предельного равновесия». Поэтому, в горной практике, эта группа методов широкого распространения не нашла.
Ко второму направлению относится большинство расчетных методов, разработанных, как отечественными, так и зарубежными исследователями. Они получили свое развитие в работах К.Е. Петтерсона, Д. Тейлора, Свен-Гультена, В. Феллениуса, К. Терцаги, Л.H. Бернацкого, Хеннеса, Л.П. Ясюнаса, Н.А. Цытовича, Ю.Н. Малюшицкого, Г.М. Шахунянца, С.Л. Иофина, Г.Л. Фисенко, И.И. Попова, Н.Н. Куваева, О.Т. Токмурзина, А.М.Демина, Н.Н. Маслова, Л.В. Савкова, Ю.С. Козлова, Р.П. Окатова, A.M. Гальперина, А.И. Ильина, В.И. Стрельцова, П.С. Шпакова, Ф.К. Низаметдинова и многих других исследователей. Основная задача в методах этой группы сводится к определению наиболее слабой поверхности скольжения в приоткосном массиве, относительно которой и рассматривается равновесие призм обрушения.
Методы этой группы отличаются формами принимаемых в геомеханических моделях поверхностей скольжения, способами и точностью решений, условиями применения, учетом различного количества факторов, неодинаковыми теоретическими предпосылками, и в условиях, для которых они разработаны, дают вполне приемлемые, подтвержденные различного вида моделированием и практикой, результаты. Следует, однако, отметить, что почти все методы этой группы, имеющие в основе круглоцилиндрическую поверхность скольжения, как правило, дают результаты близкие (отличие в пределах 5-6%) к величинам, получаемым по наиболее широко используемому в практике методу Г.Л. Фисенко, хотя, в большинстве своем, превосходят его по трудоемкости.
В начале 80-х годов А.Б. Фадеев, впервые в отечественной практике, для исследования напряженно-деформированного состояния приоткосных массивов и расчета параметров устойчивых откосов, применил метод конечных элементов, что в последствии нашло свое развитие в работах самого А.Б. Фадеева, В.Н. Зверинского и Л.Г. Либермана, В.Г. Зотеева, В.К. Цветкова, В.К. Бызеева, Р.Д. Исомова и др.
Довольно успешные шаги в использовании, при расчетах устойчивости карьерных откосов, теории риска предприняты в работах А.И. Арсентьева, В.И. Зобнина и С.Г. Христова.
В.А. Падуков, впервые для оценки влияния времени на устойчивость бортов, предложил использовать законы термодинамики и рассматривать борт как термодинамически изолированную систему, в которой, по мере стояния, происходит приращение удельной энтропии, при достижении которой критического уровня начинаются деформации.
Вместе с тем, следует заметить, что эти работы в настоящее время проходят проверку практикой и, в определенной степени, еще требуют доработки и совершенствования.
Попытки учета в расчетных методах динамических сил, возникающих в откосах при производстве взрывов - расчета так называемой «сейсмостойкости откосов» были сделаны в работах П.С. Миронова, Л.В. Сафонова, А.Г. Сисина, В.Г. Зотеева, Ю.М. Николашина, В.И. Пушкарева. Однако, ограниченность исследований отдельными экспериментами в определенных горно-геологических условиях, необходимость и трудоемкость определения большого количества эмпирических коэффициентов и зависимостей делают эти методы и методики ограниченными для практического использования.
Вопросы изучения напряженно-деформированного состояния породных массивов при совместной и повторной разработке месторождений и оценки устойчивости бортов карьеров, подработанных подземными горными выработками нашли свое отражение в работах Г.Л. Фисенко, Д.М. Казикаева, В.В. Куликова, В.И. Борщ-Компониеца, И.В. Баклашова, С.А. Никитина, Г.И. Черного, А.Б. Макарова, В.П. Клюшина, В.К. Бызеева и др. Здесь следует заметить, что, несмотря на определенные усилия и отдельно достигнутые успехи, проблема геомеханического обеспечения совместной и повторной разработки месторождений изучена далеко недостаточно и требует дальнейшей разработки и совершенствования многих вопросов как теоретического, так и методического характера.
С развитием и широким внедрением в практику (в нашей стране в начале 80-х годов) вычислительной техники, появился целый ряд "новых" расчетных методов-методов, так называемого "машинного счета". Одной из первых таких работ, по всей видимости, следует считать метод динамического программирования, предложенный М.А. Резниковым и В.А. Куликовой. Однако, предложенный метод - это по сути метод алгебраического поэтапного суммирования сил, в котором не учтено важнейшее условие, а именно, площадки скольжения образуют с поверхностью откоса в основании углы 45° — f / 2.
Известны работы в этом направлении В. К. Цветкова, Р.Д. Исомова, Р.А. Кюндала, А.Н. Богомолова, В.К. Бызеева, П.С. Шпакова и др. Безусловно, наиболее значимой из всех этих работ является работа П.С. Шпакова, в которой автор разработал 6 геомеханических моделей, включающих 20 расчетных схем и предложил единую методику их расчета на ЭВМ численно-аналитическим способом.
Повсеместная «компьютеризация», произошедшая в стране в последние 8-10 лет привела к бурному росту числа расчетных методов. Однако, детальное изучение этих методов показывает, что практически все они являются «компьютерной версией» ранее разработанных. По существу произошла простая автоматизация расчетных процессов.
Вопросам расчета устойчивости откосов вогнутого, выпуклого и ступенчатого профилей посвящены работы В.В. Соколовского, С.С. Голушкевича, Н.Н. Маслова, Н.В. Ор- натского, М.Н. Троицкой, С.И. Попова, М.А. Резникова, Б.А. Русакова, В.Д. Морозова, В.Т. Сапожникова, Г.Л. Фисенко, В. К. Цветкова, Э.Л. Галустьяна и др.
Некоторые исследователи считают целесообразным с учетом изменения однородности приконтурного массива разбивать борт на зоны, определять в них углы устойчивых откосов, в контуры которых затем вписывать оптимальные профили или, что, на наш взгляд, более правильно - разбивать борт на зоны, определять в них углы откосов уступов, из которых затем формировать оптимальные профили. При этом, сочетание отдельных форм в зонах может дать сложную конфигурацию борта в целом, которую, с некоторым приближением, можно отнести к одной из основных форм. Критерием же оптимальности при выборе профиля должны служить, по мнению В.В. Ржевского и М.А. Ревазова, минимизация приведенных затрат или максимизация прибыли, подсчитанных в результате рассмотрения всех возможных в данных условиях формирования устойчивых бортов.
Здесь, следует заметить, что еще до сравнительно недавнего времени, отдельные исследователи, и в особенности проектные организации, при решении проблемы устойчивости бортов карьеров допускали грубейшую ошибку - ограничивались определением, так называемых «генеральных» углов наклона бортов, и в лучшем случае выбором их профиля, в которые затем, без должного обоснования и соответствующих расчетов «вписывались» уступы и бермы. При этом, как правило, параметры уступов и берм, сверху и до дна карьера, были одинаковыми. Это приводило к повсеместному осыпеобразованию и обрушениям, так как, при обеспеченной общей устойчивости борта, не обеспечивалась устойчивость локальных участков - уступов, зон.
На современном этапе развития науки, конструктивно борт в предельном положении, отстраивают исходя из высот и углов откосов устойчивых уступов, ширины съездов и ширины берм различного назначения, которые, как правило, рассчитываются на основе базовой величины призмы возможного обрушения с учетом осыпания откосов. Это нашло свое отражение в работах Г.Л. Фисенко, О.Т. Токмурзина, Ю.И. Туринцева, П.С. Шпакова, Р.П. Окатова, Л.В. Савкова, Ю.С. Козлова, А.И. Ильина, Н.К Звонарева, С.В. Кагермазовой, A.M. Мочалова и др.
Вопросы определения высоты рабочих и нерабочих уступов, с точки зрения их оптимизации как конструктивного элемента устойчивого борта, рассмотрены в работах Н.В. Мельникова, К.Н. Трубецкого, Б.П. Юматова, Б.Н. Байкова и др.
Для определения углов откосов устойчивых уступов на практике широко использовались методы, разработанные под руководством Г.Л. Фисенко. Вместе с тем, только первые четыре схемы, приведенные Г.Л. Фисенко в своей работе, применимы для решения задачи устойчивости откосов в анизотропной среде, какой обычно являются скальные трещиноватые массивы, но и они имеют ряд неточностей и допущений.
Из многих наблюдений на карьерах установлено, что деформации откосов небольшой высоты (уступов), сложенных полускальными и скальными слоистыми и трещиноватыми породами происходят, как правило, по плоским поверхностям скольжения. Более того, Н.Н. Куваев доказал, что откосы деформируются путем плоского скольжения по плоскостям ослабления во всех случаях, когда отношение размеров деформирующегося массива к размеру элементарного блока меньше 120. Поэтому многочисленные расчетные методы, в том числе и ВНИМИ, в которых предполагается, что поверхность скольжения имеет криволинейную форму или проходит, в одной части по напластованию, а в другой - по кривой линии, не могут быть использованы для определения параметров уступов в слоистых и трещиноватых массивах, несмотря на вполне приемлемые результаты при расчетах откосов значительной высоты.
Из методов решения задачи устойчивости откосов именно в слоистых и трещиноватых массивах, имеющих в своей основе прямолинейную или ломанную форму поверхности скольжения, помимо методов Г.Л. Фисенко, в первую очередь следует отметить методы, разработанные Н.Н. Кувае- вым, И.И. Поповым, Р.П. Окатовым, Л.В. Савковым, О.Т. Токмурзиным, А.Т. Каймаковым, Ф.К. Низаметдиновым и др.
Решению задач устойчивости откосов с учетом пространственной ориентации, имеющихся в приоткосном массиве, плоскостей ослабления, то есть решению «объемных» задач, посвящены работы И.И. Попова, П.И. Панюкова, Р.П. Окатова, М.А. Ревазова, Ю.И. Туринцева, В.Т. Сапожникова, В.И. Пушкарева, Л.В. Савкова, Д.Н. Кима, Г.П. Бахаревой и др.
Как уже отмечалось выше, до сравнительно недавнего времени, проблема устойчивости бортов карьеров решалась лишь частично, ограничиваясь ее геомеханической частью, то есть изучались инженерно-геологические условия месторождения и на основе этого изучения определялись углы наклона устойчивых бортов. Однако, постоянно увеличивающиеся объемы и прогрессивное развитие открытых разработок, особенно в 60-90 годы прошедшего столетия, повлекшие за собой возрастание глубины карьеров, использование добычного и транспортного оборудования большой единичной мощности, внедрение крупномасштабных массовых взрывов, необходимость длительного (до нескольких десятков лет) поддержания стационарных бортов и вскрывающих выработок в устойчивом состоянии, потребовали иного - комплексного подхода к решению этой проблемы. Неотъемлемыми ее частями стали работы по снижению «вредного» влияния взрывов на приконтурные уступы и защите законтурного массива от их сейсмического действия, искусственному укреплению ослабленных участков уступов и бортов, оборке откосов и зачистке берм.
Безусловно, наиболее важным, сложным и во многом определяющим устойчивость карьерных откосов является комплекс работ, связанный с изучением и нейтрализацией «вредного» воздействия взрывов при отстройке уступов и бортов в предельном положении.
Из работ, посвященных изучению этих вопросов, в первую очередь следует выделить исследования С.И. Попова, Ю.И. Туринцева, А.Б. Фадеева, И.И. Попова, Р.П. Окатова, В.Г. Зотеева, П.С. Миронова. Известны в этом направлении работы М.Е. Певзнера, Л.В. Сафонова, В.П. Улыбина, Г.В. Кузнецова, Б.Н. Кутузова, В.Н. Мосинца, Э.Л. Галустьяна, П.С. Шпакова, Н.И. Охрименко, В.И. Зобнина, А.А. Мирзояна, В.П. Неганова, В.Г. Гальперина, Г.Р. Глозмана, Ю.М. Николашина, М.И. Жаркенова и др.
Анализируя работы этих авторов, следует отметить, что в исследованиях П.С. Миронова, Л.В. Сафонова, А.Г. Сисина, В.Г. Зотеева, Ю.М. Николашина делается попытка учесть динамическое воздействие взрывов при расчетах устойчивости карьерных откосов путем уменьшения расчетных значений физико-механических свойств пород, введения дополнительной динамической составляющей сдвигающих сил, увеличения расчетных значений коэффициента запаса устойчивости и др., и, в конечном итоге, уменьшения угла устойчивости откоса. Это, на наш взгляд, не совсем верно, так как основная задача исследований данного направления, по видимому, все же должна сводиться к изысканию эффективных методов снижения «вредного» воздействия взрывов на законтурный массив, сохранению его естественной целостности и обеспечению устойчивости стационарных откосов под максимально возможными по горно-геологическим условиям углами наклона. Методы же расчета так называемой «сейсмостойкости» откосов, очевидно, следует использовать только как поверочные.
В современной практике горного дела, как зарубежной, так и отечественной, для достижения крутых углов откосов стационарных уступов наибольшее распространение получил метод предварительного щелеобразования. Несколько в меньшей степени используются методы контурного (гладкого откола) и буферного взрывания, а также их модификации и сочетания.
Метод предварительного щелеобразования, сущность которого заключается в заблаговременном (при подходе горных работ к предельному контуру на расстояние, равное ширине приконтурной зоны - зоны критических деформаций массива) создании по контуру отстраиваемого уступа в плоскости его будущего откоса экрана (щели), путем бурения ряда сближенных скважин и взрывания в них рассредоточенных гирляндовых зарядов ВВ уменьшенного диаметра, впервые был использован при строительстве Ниагарского каскада, а несколько позднее на железорудных карьерах США и Канады.
В начале 60-х годов метод был успешно применен в отечественном гидротехническом строительстве и, так же как и за рубежом, через несколько лет апробирования в практике горного дела. Уже первые опыты показали безусловную перспективность использования метода в горной практике - достигнутое увеличение фактических углов стационарных уступов на Учалинском, Карагайлинском, Гайском, Сибайском, Коунрадском, Сорском, а позднее и на других карьерах составило от 5 до 10°. В то же время стало очевидным, что прямое распространение опыта, использование техники и технологий, применяемых в гидротехническом строительстве, в горнодобывающих отраслях невозможно, так как низкая производительность буровых станков (БТС-2, БМК-4, СБМК-5, НКР-100 и др.) малого (76-110 мм) диаметра, малые расстояния между скважинами отрезной щели (0,4-0,9 м) и низкая линейная плотность зарядов ВВ (0,2-0,4 кг/м), не могли обеспечить требуемые темпы и объемы погашения уступов. Поэтому, практически с самого начала использования метода предварительного щелеобразования в горном деле, его развитие и совершенствование шло своим, отличным от практики гидротехнического строительства, путем. Так, уже с конца 60-х годов, для бурения контурных скважин стали применяться высокопроизводительные станки шарошечного бурения 2СБШ-200, 2СБШ-200Н, СБШ-320, БАШ-320, СБШ-250 и наконец СБШ-250МН, а также их более или менее удачные «самодельные» модификации. Наряду с гирляндовыми зарядами, изготавливаемыми из патронированных ВВ, получили распространение заряды, изготавливаемые из матерчатых и полиэтиленовых шлангов, заполненных россыпными ВВ. В 1984 г. одним из заводов была выпущена, а в 1985 г. на карьере «Центральный» комбината «Печенганикель» испытана, первая партия промышленных зарядов для контурных скважин (ЗКВГ), представляющих собой полиэтиленовый шланг с капроновым шнуром внутри, заполненный россыпным аммонитом №6 ЖВ. Длина стандартных зарядов ЗКВГ составляла 10 м, диаметр - 24, 45 и 60 мм, а масса ВВ на I п. М заряда соответственно - 0,4-0,5, 1,3-1,8 и 2,5-2,9 кг/п. М.
Переход на контурные скважины большого диаметра (190-243 мм) позволил увеличить расстояние между ними до 2,5-3,5 м при массе заряда ВВ на I п. м скважины в пределах 3,0-3,5 кг/п. м, а все это вместе взятое дало возможность значительно повысить темпы и, в какой-то мере, обеспечить требуемые объемы погашения уступов с применением метода предварительного щелеобразования.
Обобщая опыт использования метода в горной практике, следует заметить, что наилучшие результаты от его применения достигаются в породах средней и особенно крупной блочности. В породах ниже средней блочности затраты на производство метода, как правило, не окупаются достигаемым результатом.
Метод контурного взрывания (гладкого откола), сущность которого заключается в отработке приконтурного массива с использованием только одно-двухрядных технологических взрывов и отбойке последних его 2-5 м, примыкающих непосредственно к проектной поверхности откоса, посредством взрыва рассредоточенных гирляндовых зарядов ВВ уменьшенного диаметра, размещенных в сближенных скважинах, пробуренных по контуру отстраиваемого уступа в плоскости его будущего откоса, был разработан в Швеции и впервые использован в дорожном строительстве.
В отечественной практике метод контурного взрывания, также как и метод предварительного щелеобразования, первоначально был апробирован и нашел применение в гидротехническом строительстве.
В практике горного дела метод впервые был применен в 1962-1964 гг. в условиях Абаканского железорудного карьера. Здесь следует заметить, что первоначально обязательные условия реализации метода (линия сопротивления по подошве не должна превосходить расстояние между контурными скважинами более чем в 1,3 раза; отбойка приконтурного массива должна осуществляться только одно-двухрядными взрывами с удельным расходом ВВ не более 0,5 кг/мЗ, что обеспечивало бы ширину зоны критических деформаций в пределах 3-5 м), предопределявшие область его применения породами ниже средней блочности, к настоящему моменту времени, по крайней мере в практике горного дела, практически забыты и не выполняются. Более того, некоторые современные исследователи под понятием "контурное взрывание" объединяют и метод предварительного щелеобразования и, собственно, метод контурного взрывания (гладкого откола), считая их модификациями одного метода и видя единственное их различие в порядке подрыва контурных скважин:
-
в методе предварительного щелеобразования - заблаговременно (при подходе горных работ к предельному контуру на расстояние, равное ширине зоны критических деформаций);
-
в методе контурного взрывания одновременно с подрывом последнего ряда (рядов) скважин или с опережением на 50-70 мс.
Обследование фактического состояния устойчивости откосов на карьерах по добыче руд цветных металлов показало, что такое непонимание сути методов совершенно естественно приводит к низким результатам их использования.
Метод буферного взрывания, сущность которого заключается в создании между проектной поверхностью отстраиваемого откоса и последним рядом технологических скважин экрана в виде зоны дробления путем бурения дополнительного ряда вертикальных или наклонных сближенных скважин и взрывания в них рассредоточенных зарядов ВВ, как правило, используется в сочетании с методом предварительного щелеобразования - в породах выше средней блочности, и с методом контурного взрывания - в породах ниже средней блочности.
Кроме описанных специальных методов отстройки уступов в практике горного дела, особенно отечественной, широко используются различные варианты экскаваторной заоткоски.
Обобщая изложенное, следует заметить, что в современной практике горного производства известны и, в той или иной мере, используются достаточно эффективные методы отстройки уступов и бортов карьеров в предельном положении, позволяющие достигать крутых углов заоткоски. Однако отдельные объективные и субъективные причины, такие как, отсутствие специальной высокопроизводительной буровой техники, гирляндовых зарядов для контурного взрывания промышленного производства и техники для их механизированной зарядки, недопонимание отдельными исследователями, проектировщиками и технологами сущности специальных методов заоткоски, несовершенство теоретической и методической базы, нежелание отдельных руководителей предприятий нести дополнительные (контурное и буферное взрывание стоит в 4,4 раза дороже, чем обычное технологическое) затраты на оформление откосов в предельном положении и др., во многих случаях не позволяют в должной мере использовать все возможности специальных методов. Другими словами, многие вопросы данного направления исследований, такие как расчет и конструирование зарядов для контурных скважин, выбор и обоснование технологических схем заоткоски уступов и отработки приконтурных лент, наблюдения за деформациями уступов и бортов карьеров под воздействием взрывов, прогнозирование скоростей сейсмоколебаний при проектировании и производстве взрывов, районирование карьерных полей и прилегающих территорий по фактору сейсмобезопасности, составление паспортов сейсмобезопасных массовых взрывов еще требуют своей доработки и совершенствования.
Другим важным элементом управления устойчивостью карьерных откосов является комплекс работ, связанный с укреплением уступов, созданием искусственных берм и упрочением пород массивов в приконтурных зонах выработок.
Другим важным элементом управления устойчивостью карьерных откосов является комплекс работ, связанный с укреплением уступов, созданием искусственных берм и упрочением пород массивов в приконтурных зонах выработок.
Большой вклад в развитие этого направления внесли ученые специализированных подразделений отраслевых институтов ВНИМИ, СреднеазНИпроцветмет, УНИпромедь, ВНИИцветмет, ГИГХС, ЯкутНИпроалмаз, Иргиредмет, ВИОГЕМ, ИГД МЧМ, а также сотрудники различных кафедр Московского государственного горного университета и Екатеринбургской горно-геологической академии.
Наиболее значимыми работами в этой области, по нашему мнению, являются фундаментальные исследования М.А. Ревазова, Ю.И. Туринцева, К.Н. Трубецкого, М.Е. Певзнера, Г.Л. Фисенко, Э.Л. Галустьяна, В.Д. Морозова, Р. Шустера, Р. Кризека. Известны так же работы В.В. Ржевского, А.И. Ильина, A.M. Гальперина, В.И. Стрельцова, С.В. Иванова, В.Г. Зотеева, М.Е. Вихмана, В.К. Бызеева, А.В. Богомолова, РД. Исомова, Г.Р. Глозмана, В.И. Зобнина и др.
По данным исследований С. В. Иванова в зарубежной практике укрепление откосов нашло широкое распространение при строительстве дорог и гидротехнических сооружений, в меньшей степени на карьерах. При этом в дорожном и гидротехническом строительстве для укрепления откосов чаще используют торкретбетон, контрфорсы, подпорные стены, анкерные болты, заанкеренные тросовые сети, различные стенки-ловушки и др. В горном деле - тросовые тяжи, напряженные тросовые и стальные анкеры, железобетонные сваи, заанкеренные тросовые сети.
Помимо широко известных способов искусственного укрепления уступов, используемых после зачистки откоса, в последние годы довольно широко разрабатываются и апробируются способы укрепления производимого до разрушения пород в приконтурной зоне или до уборки взорванной горной массы. Проведенный анализ работы системы «породный массив-крепь» и выполненные методом фотомеханики в институте СреднеазНИпроцветмет В.Д. Морозовым исследования напряжений в уступах подтвердили предположение, что наиболее эффективное упрочнение породного массива достигается, когда крепь устанавливается предварительно, т.е. до обнажения забоя, так как предотвращается развитие деформаций откоса после снятия с него пригрузки от навала пород. Кроме того, при этом существенно снижаются расходы и сокращается время на производство работ.
Анализируя почти 35-летнюю историю развития направления заметим, что опыт укрепления откосов на отечественных карьерах большей частью носил характер экспериментальных работ, объемы этих работ были невелики, а применяемое оборудование не всегда соответствовало условиям производства работ, но и при таких условиях укрепление откосов практически во всех случаях было достаточно эффективным.
Из изложенного следует, что работы по укреплению откосов и упрочению пород массивов в приконтурных зонах, наряду с работами по нейтрализации «вредного» воздействия взрывов и сохранению целостности законтурных массивов, оборке уступов и зачистке берм стали надежным звеном горного производства для обеспечения безопасности работ в карьерах и повышения полноты и качества извлечения запасов из недр, развитие и совершенствование которых является важной народнохозяйственной задачей.
