Стій­кість бор­тів кар’є­ру

Кар’є­ри, де здій­сню­є­ться видо­бу­ток кори­сних копа­лин, є невід­’єм­ною части­ною гір­ни­чої інду­стрії, що забез­пе­чує сиро­ви­ну для різних галу­зей еко­но­мі­ки. Про­те сьо­го­дні пита­н­ня про стій­кість бор­тів кар’є­ру набу­ває осо­бли­во­го зна­че­н­ня. Зро­ста­ю­ча ува­га до без­пе­ки пра­ці та збе­ре­же­н­ня нав­ко­ли­шньо­го сере­до­ви­ща ста­вить перед гір­ни­чи­ми ком­па­ні­я­ми виклик забез­пе­чи­ти ста­біль­ну екс­плу­а­та­цію родо­вищ.

Одні­єю з най­ва­жли­ві­ших умов без­пе­ки виро­бни­чих про­це­сів при від­кри­тій роз­роб­ці родо­вищ є забез­пе­че­н­ня стій­ко­го ста­ну бор­тів кар’є­ру про­тя­гом усьо­го тер­мі­ну його існу­ва­н­ня, збе­ре­же­н­ня стій­ко­сті усту­пів і від­ва­лів.

Стій­кість бор­тів кар’є­ру обумов­лю­є­ться, насам­пе­ред, пра­виль­ним вибо­ром кута нахи­лу бор­та. Вели­чи­на його змі­ню­є­ться в міру погли­бле­н­ня кар’є­ру і дося­гає най­біль­шо­го зна­че­н­ня при пов­но­му його від­пра­цьо­ву­ван­ні.

До основ­них факто­рів, що впли­ва­ють на стій­кість бор­та кар’є­ру і вели­чи­ну кута його нахи­лу, від­но­ся­ться:

• фізи­ко-меха­ні­чні вла­сти­во­сті гір­ни­чих порід (стій­кість, водо­но­сність, зер­ни­стість, шару­ва­тість, трі­щи­ну­ва­тість і інші пору­ше­н­ня в бор­тах);
• гідро­гео­ло­гі­чні і клі­ма­ти­чні умо­ви; фор­ма кар’є­ру, його роз­мі­ри і тер­мін існу­ва­н­ня;
• зов­ні­шні наван­та­же­н­ня на борт кар’є­ру.

На борт кар’є­ру діють два роди сил: що зру­шу­ють і утри­му­ють. До пер­шо­го від­но­ся­ться зов­ні­шні наван­та­же­н­ня, маса порід, схиль­них до зсу­ву, і гідро­ди­на­мі­чний тиск, до дру­гих — сили вну­трі­шньо­го зче­пле­н­ня і тер­тя порід. Спів­від­но­ше­н­ня між цими сила­ми нази­ва­є­ться кое­фі­ці­єн­том стій­ко­сті порід та визна­чає сту­пінь їх стій­ко­сті. Основ­ною умо­вою гра­ни­чної рів­но­ва­ги гір­ни­чих порід є рів­ність руй­нів­но­го зуси­л­ля сумі сил тер­тя і зче­пле­н­ня. При пору­шен­ні цієї умо­ви можуть від­бу­ва­ти­ся руй­ну­ва­н­ня бор­тів, вира­же­ні в різних фор­мах у зале­жно­сті від хара­кте­ру руй­нів­них сил.

Стан окре­мих усту­пів також впли­ває на стій­кість бор­тів кар’є­ру. Стій­кість усту­пів зале­жить від вибо­ру кутів уко­су, висо­ти усту­пів, шири­ни робо­чих і запо­бі­жних берм, вели­чи­ни зов­ні­шніх наван­та­жень на уступ, мето­ду від­би­ва­н­ня гір­ни­чої поро­ди від маси­ву і вибо­ру най­більш без­пе­чно­го роз­та­шу­ва­н­ня усту­пів щодо еле­мен­тів заля­га­н­ня шару та тер­мі­ну слу­жби окре­мих усту­пів.

Еле­мен­ти усту­пів повин­ні мати перед­ба­че­ні про­е­ктом пара­ме­три, за яких забез­пе­чу­є­ться їх стій­кість і без­пе­ка пра­цю­ю­чих. Гра­ни­чні кути уко­су неро­бо­чих усту­пів вста­нов­лю­ю­ться про­е­ктом або роз­ра­хун­ко­вим спосо­бом за дани­ми мар­кшей­дер­ських спо­сте­ре­жень з ура­ху­ва­н­ням міцно­сті, трі­щи­ну­ва­то­сті, обво­днен­но­сті й інших фізи­ко-меха­ні­чних вла­сти­во­стей гір­ни­чих порід.

Стій­кість бор­тів кар’є­ру має вирі­шаль­не зна­че­н­ня для вибо­ру кута нахи­лу робо­чих і неро­бо­чих бор­тів, фор­ми кар’є­ру, його роз­мі­рів і тер­мі­ну існу­ва­н­ня, а також спосо­бів від­ва­ло­утво­ре­н­ня. Цей пока­зник зви­чай­но хара­кте­ри­зу­є­ться кутом при­ро­дно­го уко­су, тоб­то кутом, при яко­му від­сло­не­ний укіс поро­ди лиша­є­ться непо­ру­шним. Вели­чи­на його для різних порід варі­ю­є­ться від 20°до 80° у від­по­від­но­сті до Норм техно­ло­гі­чно­го про­е­кту­ва­н­ня під­при­ємств про­ми­сло­во­сті неру­дних буді­вель­них мате­рі­а­лів та наве­де­на в табли­ці 1.

Табли­ця 1. Реко­мен­до­ва­ні кути від­ко­сів бор­тів кар’є­ру прри роз­роб­ці кори­сних копа­лин від­кри­тим спосо­бом

Хара­кте­ри­сти­ка порід по міцно­сті	Кут від­ко­су усту­пу на момент завер­ше­н­ня робіт	Для кар’є­рів гли­би­ною до 90м	Для кар’є­рів гли­би­ною до 180м	Для кар’є­рів гли­би­ною до 240м	Для кар’є­рів гли­би­ною до 300м
Міцні та дуже міцні гір­ські поро­ди	75 та біль­ше	60–68	57–65	53–60	48–53
Дово­лі міцні, трі­щи­ну­ва­ті гір­ські поро­ди	65–75	60–60	48–57	45–53	42–48
Сере­дньої міцно­сті, виві­три­лі або трі­щи­ну­ва­ті гір­ські поро­ди	55–65	43–50	41–48	39–45	36–43
Дово­лі м’я­кі та м’я­кі гір­ські поро­ди	40–55	30–43	28–41	26–39	24–36
Зем­ли­сті гір­ські поро­ди	25–40	21–30	20–28

Висо­та усту­пу не повин­на пере­ви­щу­ва­ти гра­ни­чних зна­чень, вка­за­них в Пра­ви­лах охо­ро­ни пра­ці під час роз­роб­ки родо­вищ кори­сних копа­лин від­кри­тим спосо­бом., а також бути не біль­ше макси­маль­ної висо­ти чер­па­н­ня екс­ка­ва­то­ра. Реко­мен­до­ва­на висо­та усту­пу при роз­роб­ці пухких та скель­них порід наве­де­на в табли­ці 2.

Табли­ця 2. Реко­мен­до­ва­на висо­та усту­пу при роз­роб­ці кори­сних копа­лин від­кри­тим спосо­бом

Тип поро­ди	Назва поро­ди	Висо­та усту­пу	Кут робо­чо­го усту­пу	Кут неро­бо­чо­го усту­пу	Кут неро­бо­чо­го здво­є­но­го усту­пу
Скель­ні поро­ди	Міцні піско­ви­ки, квар­ци­ти, вапня­ки, магма­ти­чні поро­ди для яких при­та­ман­ні окре­мо­сті роз­мі­ром біль­ше ніж 500мм	15–20	до 80	70–75	65–70
	Міцні оса­до­ві та мета­мор­фі­чні поро­ди, ядя яких при­та­ман­ні пря­мо­ку­тні окре­мо­сті роз­мі­ром 300–500 мм та косо­ку­тні окре­мо­сті біль­ше ніж 500мм	15–20	70–75	60–65	57–60
	Міцні поро­ди інтен­сив­ної трі­щи­ну­ва­то­сті, для яких при­та­ман­ні окре­кмо­сті роз­мі­ром 100–300мм.	15–20	65–70	55–60	52–57
Напів­скель­ні та виві­тре­ні скель­ні поро­ди	Піско­ви­ки, гли­ни­сті слан­ці, аргі­лі­ти	15–20	до 80	55–60	52–57
	Виві­тре­ні або інтен­сив­но трі­щи­ну­ва­ті вивер­же­ні та роз­м­слан­цьо­ва­ні поро­ди	10–15	65–70	50–55	50–55
	Силь­но виві­тре­ні поро­ди	10–15	55–60	45–50	45–50
	Хло­ри­то­ві, сери­ци­то­ві та тальк-хло­ри­то­ві слан­ці	10–15	50–55	40–45	40–45
Оса­до­ві або пов­ні­стю дезін­те­гро­ва­ні магма­ти­чні та мета­мор­фі­чні поро­ди	Гли­ни різно­ма­ні­тно­го скла­ду, пов­ні­стю дезін­те­гро­ва­ні магма­ти­чні поро­ди.	10	55–60	40–55	35–40
	Піща­но-гра­вій­на сіміш без гли­ни	20–50	40–45	36–38	36
	Піща­но-гра­вій­на сіміш гли­ни­ста	10–50	35–55	40–45	35–40
	Супі­ски і суглин­ки	10–20	30–50	20–25
	Піски	до10	12–18	20–25

Ще один важли­вий еле­мент обла­шту­ва­н­ня та управ­лі­н­ня діяль­ні­стю кар’єр­но­го видо­бу­тку, що має зна­чний вплив на стій­кість бор­тів кар’є­ру та ефе­ктив­ність робо­ти — це бер­ма. Бер­ма — це гори­зон­таль­ний або сла­бо­на­хиль­ний май­дан­чик на робо­чо­му або неро­бо­чо­му бор­ту кар’є­ру, що роз­ді­ляє сумі­жні за висо­тою усту­пи. Роз­рі­зня­ють запо­бі­жні та транс­порт­ні бер­ми.

Запо­бі­жна бер­ма слу­жить для під­ви­ще­н­ня стій­ко­сті та змен­ше­н­ня гене­раль­но­го кута уко­су бор­ту кар’є­ру, а також для запо­бі­га­н­ня випад­ко­во­го паді­н­ня шма­тків поро­ди на нижні усту­пи. Шири­на запо­бі­жної бер­ми скла­дає 0,2 висо­ти усту­пу, але не мен­ше вели­чи­ни, доста­тньої для роз­мі­ще­н­ня на ній обла­дна­н­ня для наван­та­же­н­ня і пере­ве­зе­н­ня шма­тків поро­ди, що впа­ли. При цьо­му міні­маль­на шири­на бер­ми пері­о­ди­чної мехі­ні­зо­ва­ної очис­тки скла­дає 8м.

Транс­порт­на бер­ма при­зна­че­на для роз­мі­ще­н­ня транс­порт­них шля­хів, що з’єд­ну­ють робо­чі май­дан­чи­ки усту­пів із капі­таль­ни­ми тран­ше­я­ми. Шири­на її вста­нов­лю­є­ться зале­жно від виду транс­пор­ту, інтен­сив­но­сті ван­та­жо­по­то­ку тощо.

Крім того, щоб забез­пе­чи­ти стій­кість бор­тів кар’є­ру реко­мен­ду­є­ться:

• систе­ма­ти­чно осу­шу­ва­ти поро­ди, що скла­да­ють бор­ти, не допу­ска­ю­чи їхньо­го наси­че­н­ня поверх­не­ви­ми і ґрун­то­ви­ми вода­ми;
• не допу­ска­ти під­роб­ку шарів порід, що мають напря­мок наша­ру­ва­н­ня убік виро­бле­но­го про­сто­ру, для цьо­го кут нахи­лу бор­та кар’є­ру повин­ний дорів­ню­ва­ти куту паді­н­ня порід чи мен­ше його;
• засто­со­ву­ва­ти для змі­цне­н­ня усту­пу анкер­не крі­пле­н­ня, цемен­та­цію силь­но трі­щи­ну­ва­тих порід і тор­кре­ту­ва­н­ня уко­сів;
• не роз­та­шо­ву­ва­ти важ­ких спо­ру­джень на бор­тах, схиль­них до зсу­ву; витри­му­ва­ти прое­кт­ні пара­ме­три бор­та кар’є­ру;
• від­пра­цьо­ву­ва­н­ня усту­пів у гли­бо­ких кар’є­рах вести таким чином, щоб на кон­та­кті з поро­да­ми, що мають зни­же­ні пока­зни­ки опо­ру зру­ше­н­ня, зали­ша­ла­ся пло­щад­ка для лока­лі­за­ції зсу­ву у випад­ку його вини­кне­н­ня на верх­ніх гори­зон­тах;
• зали­ша­ти суціль­ні ціли­ки стій­ких порід для запо­бі­га­н­ня зсув­них явищ.

Інже­нер­но-техні­чний пер­со­нал кар’є­ру і, у пер­шу чер­гу, слу­жби, що вико­ну­ють гео­ло­го-мар­кшей­дер­ське обслу­го­ву­ва­н­ня зобо­в’я­за­ні систе­ма­ти­чно вести спо­сте­ре­же­н­ня за ста­ном бор­тів, робо­чих і неро­бо­чих усту­пів кар’є­ру і вча­сно вжи­ва­ти захо­ди до запо­бі­га­н­ня можли­вих їх руй­ну­вань. Для запо­бі­га­н­ня оси­па­н­ня й обру­ше­н­ня усту­пів в про­це­сі екс­плу­а­та­ції неро­бо­чим бор­там по роз­крив­них поро­дах зада­є­ться кут уко­су 45°.

При роз­роб­ці родо­ви­ща, у від­по­від­но­сті з кален­дар­ним пла­ном гір­ни­чих робіт перед­ба­че­но роз­ван­та­же­н­ня бор­тів роз­крив­них порід шля­хом виїм­ки порід, випо­ло­жу­ва­н­ня до стій­ко­го куту уко­су та закрі­пле­н­ня їх посі­вом бага­то­рі­чних трав із посад­кою кущів при рекуль­ти­ва­ції.

Отже, стій­кість бор­тів кар’є­рів з видо­бу­тку кори­сних копа­лин є над­зви­чай­но важли­вим аспе­ктом для збе­ре­же­н­ня нав­ко­ли­шньо­го сере­до­ви­ща. Вирі­ше­н­ня викли­ків, пов’я­за­них з еро­зі­єю, ланд­ша­фтни­ми змі­на­ми та забру­дне­н­ням, потре­бує ком­пле­ксно­го під­хо­ду, вклю­ча­ю­чи пла­ну­ва­н­ня та моні­то­ринг, а також вико­ри­ста­н­ня пере­до­вих техно­ло­гій при про­е­кту­ван­ні та рекуль­ти­ва­ції родо­вищ.