Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, разрабатываемых открытым способом - Фисенко Г.Л., Пустовойтова Т.К., Кагерма С.В.

Author: Фисенко Г.Л. Пустовойтова Т.К. Кагерма С.В.
Tags: прикладная геология и геофизика геологические методы поисков и разведки интерпретация результатов горные работы при разработке месторождений полезных ископаемых геология горное дело
Year: 1986
Similar
Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий местрождений полезных ископаемых, подлежащих разработке открытым способом
Теория нейтронных методов исследования скважин
Методические основы исследования химического состава горных пород, руд и минералов
Морские нефтегазовые сооружения. Часть 1. Конструирование.
Text
                    МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ПО ИЗУЧЕНИЮ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
ПОДЛЕЖАЩИХ
РАЗРАБОТКЕ
ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР
ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
ПО ИЗУЧЕНИЮ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ
УСЛОВИЙ
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
ПОДЛЕЖАЩИХ РАЗРАБОТКЕ
ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Ленинград «Недра» Ленинградское отделение, 1986
УДК 550.8.012:622.271.3
Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных
месторождений, подлежащих разработке открытым способом.— Л.: Недра, 1986.—
113 с. (М-во угольной пром-сти СССР. Всесоюз. науч.-исслед. ин-т горной геоме-
ханики и маркшейдерского дела).
Изложены требования к изучению инженетно-геологических условий месторож-
дений, подлежащих разработке открытым способом, для определения устойчивости
бортов карьеров. Приведено обоснование этих требований и объемов инженерно-
геологических работ и даны приложения, содержащие методику полевых и лабора-
торных испытаний прочности пород. В работе содержатся сведения о деформациях
бортов карьеров, откосов уступов и отвалов, возникающих на карьерах, разраба-
тывающих месторождения с различными инженерно-геологическими условиями.
Для специалистов геологических, изыскательских, научно-исследовательских и
проектных организаций горного профиля, а также производственных органн laninr,
осуществляющих разработку полезных ископаемых открытым способом.
Табл. 14, ил. 33, список лит. 43 назв.
Составители: Г. Л. Фисенко, Т. К. Пустовойтова, С. В. Кагерма:ипш
Выпущено но 1пка iv ВИНЧИ
© Всесоюзный научно-ис» лепнин >глм кий
м 3202000000— 338	институт юрний iгомечпники
043(01)—86	и маркшейдерскою дели (ННИМН). 1986
ПРЕДИСЛОВИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития
СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусмотрен даль-
нейший рост добычи угля, черных и цветных металлов, других полезных
ископаемых. При этом будет увеличиваться удельный вес добычи полез-
ных ископаемых открытым способом.
Развитие открытого способа разработки сопровождается увеличением
глубины карьеров и возрастанием интенсивности работ в них. Характер-
ной особенностью разрабоки месторождений открытым способом является
также вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными инже-
нерно-геологическими условиями. Поэтому определяющее значение при раз-
работке месторождений открытым способом имеет и будет иметь выбор
параметров бортов карьеров.
Важность этой проблемы обусловлена тем, что заниженные утлы
наклона бортов вызывают необходимость проведения дополнительных
вскрышных работ и ограничивают условия применения открытого способа
разработки, а излишне крутые утлы приводят к деформациям откосов,
нарушению нормального технологического процесса, авариям оборудования,
потерям полезного ископаемого, нарушению безопасности ведения горных
работ и другим неблагоприятным последствиям. Для определения опти-
мальных с экономической точки зрения параметров устойчивых бортов
карьеров и отвалов, а также для разработки мероприятий, повышающих
их устойчивость, уже в процессе разведочных работ должны быть полу-
чены надежные сведения об инженерно-геологических условиях место-
рождений.
В 1965 г. было издано разработанное лабораторией устойчивости бор-
тов карьеров ВНИМИ и одобренное ГК.З СССР «Методическое пособие
по изучению инженерно-геологических условий месторождений полез-
ных ископаемых, подлежащих разработке открытым способом» [16]. Осно-
вой для его составления явились материалы многолетних исследований
ВНИМИ устойчивости бортов карьеров, разрабатывающих угольные, руд-
ные и нерудные месторождения полезных ископаемых в различных ин-
женерно-геологических условиях.
Однако за время, прошедшее после выхода первого издания методи-
ческого пособия, институтом проведены новые работы по исследованию
инженерно-геологических условий на ряде угольных и рудных месторож-
дений, в процессе которых анализировался материал геологоразведоч-
ных работ с точки зрения достаточности и полноты полученной информации
для определения устойчивости бортов карьеров и отвалов, изучены физико-
механические свойства пород, а также другие геологические и гидрогеоло-
гические факторы.
3
С увеличением глубины карьеров возрастает срок службы бортов и
наиболее остро возникает проблема их долговременной устойчивости. В свя-
зи с этим лабораторией устойчивости бортов карьеров ВНИМИ для сла-
бых песчано-глинистых пород разработаны методические указания по опре-
делению длительной прочности и деформационных характеристик горных по-
род, в которых даны рекомендации по лабораторным испытаниям этих
свойств слабых горных пород ускоренными методами с использованием
стационарных приборов.
В настоящее время ведется разведка перспективных открытых место-
рождений полезных ископаемых в зонах распространения многолетне-
мерзлых пород и расширяются работы по поискам месторождений в этих
регионах. Ряд угольных и рудных месторождений, расположенных в зо-
нах сплошного или островного развития многолетнемерзлых пород, уже
разрабатываются или подготавливаются к разработке открытым способом.
Поэтому лабораторией устойчивости бортов карьеров ВНИМИ были прове-
дены исследования по изучению инженерно-геологических условий место-
рождений полезных ископаемых, расположенных в зонах многолетне-
мерзлых пород, с точки зрения особенностей устойчивости их бортов карье-
ров и отвалов. В 1977 г. были разработаны «Методические указания по
изучению инженерно-геологических и геокриологических условий угольных
месторождений, расположенных в зоне многолетней мерзлоты и подлежа-
щих разработке открытым способом», являющиеся дополнением к методи-
ческому пособию, разработанному в 1965 г.
Анализ материалов геологоразведочных работ на месторождениях,
предназначенных к открытой разработке, показывает, что в них содер-
жится недостаточно сведений по инженерно-геологическим условиям ме-
сторождений, необходимых для расчета устойчивости бортов карьеров и
отвалов. Проектирующие организации, не занимаясь специально вопросами
устойчивости бортов карьеров, используют неполноценный материал раз-
ведки и зачастую принимают неверные проектные решения при определении
углов наклона бортов и разработке противооползневых мероприятий,
что приводит нередко к деформациям бортов карьеров, приносящим пред-
приятиям значительный материальный ущерб.
Установлено, что наиболее слабоизученными в период разведки ока-
зываются периферийные участки месторождений за границами промышлен-
ной мощности угольных пластов. Здесь недостаточно изучаются залега-
ние слоев пород, их литологический состав и физико-механические свой-
ства. По этой причине возникали оползни на Кумертауском карьере ПО
«Башкируголь», на Лермонтовском карьере ПО «Сахалинуголь» и др.
Учитывая вышеизложенное и то, что за прошедшие со времени первого
издания методического пособия годы получены новые данные по рассмат-
риваемому вопросу, появилась необходимость в разработке второго пере-
работанного и дополненного издания.
Методическое пособие состоит из четырех разделов, в которых излага-
ются требования к изучению инженерно-геологических условий месторож-
дений, подлежащих разработке открытым способом, обоснование этих тре-
бований и приложения, содержащие методику бурения инженерно-геоло-
гических скважин и отбора из них образцов горных пород, а также методику
испытаний горных пород в полевых условиях.
4
Методическое пособие разработали проф. докт. техн, наук Г. Л. Фисен-
ко, ст. науч. сотр. канд. геол.-минерал, наук С. В. Кагермазова, ст. науч. сотр.
канд. техн, наук Т. К. Пустовойтова. В подготовке подраздела по трещино-
ватости горных пород приняла участие ст. науч. сотр. канд. геол.-мине-
рал. наук Т. Н. Ганичева.
Разработчики пособия выражают благодарность сотрудникам Всесоюз-
ного геологического объединения Союзуглегеология Минуглепрома СССР,
институтов ВСЕГИНГЕО, Востсибгипрошахт, Сибгипрошахт, Караганда-
гипрошахт и УкрНИИпроект, сделавшим ряд полезных замечаний по работе.
Настоящее методическое пособие согласовано с Государственной комис-
сией по запасам (ГКЗ) СССР и Министерством геологии СССР и может
быть использовано при разведке и эксплуатации не только угольных, ио
и всех рудных и нерудных месторождений.
1.	ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1.	Основные задачи
1.1.1.	Методическое пособие регламентирует объем и методику изуче-
ния инженерно-геологических условий (включая и геокриологические),
влияющих на устойчивость бортов карьеров и отвалов, и предназначено
геологоразведочным организациям, осуществляющим разведку угольных ме-
сторождений, подлежащих разработке открытым способом, на всех стадиях
разведки, и геологическим службам предприятий, осуществляющим вскрытие
и разработку месторождений, а также проектным организациям для по-
становки задач геологоразведочным организациям и для оценки полноты и
качества исходных геологических данных, представляемых для проектиро-
вания.
1.1.2.	Методическое пособие является нормативным документом для
геологоразведочных организаций и содержит требования к геологораз-
ведочным работам на угольных месторождениях в части изучения ин-
женерно-геологических факторов, определяющих устойчивость бортов
карьеров.
1.1.3.	Инженерно-геологические условия должны изучаться одновремен-
но с изучением петрографических, литологических особенностей пород,
структурно-тектонического строения и качественных показателей месторож-
дений с использованием всех геологоразведочных и эксплуатационных
выработок и гидрогеологических скважин. Инженерно-геологические сква-
жины, буримые с целью отбора образцов естественной влажности и есте-
ственного сложения, в свою очередь включаются в общую сеть разведоч-
ных скважин.
1.1.4.	Основной задачей инженерно-геологического изучения при раз-
ведке месторождений является получение исходных данных для установ-
ления максимальных углов наклона устойчивых бортов карьеров, раз-
работки противооползневых мероприятий на проектируемых и действую-
щих карьерах, а также для решения технологических вопросов, возни-
кающих при составлении проектов разработки месторождений. Для уста-
новления углов наклона бортов карьеров по данным, полученным в ре-
зультате инженерно-геологического изучения месторождения, определяется
сопротивление горных пород сдвигу (с учетом их трещиноватости и слои-
стости) и его изменение с течением времени в связи с изменением напря-
женного состояния массива горных пород и гидрогеологического режима.
Объем и методика инженерно-геологических работ определяются в за-
висимости от степени сложности геологического строения месторожде-
ния и от физико-механических свойств слагающих месторождение пород.
6
1.1.5.	Устойчивость бортов карьеров определяется комплексом геологи-
ческих, гидрогеологических, климатических и горнотехнических факторов,
а в зоне многолетней мерзлоты и геокриологическими условиями.
1.1.6.	Большая часть геологических факторов, оказывающих влияние
на устойчивость откосов (литологический, петрографический состав пород,
структура массива — залегание слоев, контактов пород, тектонических на-
рушений, глубина и границы зоны выветривания и разупрочнения пород,
а также степень и характер трещиноватости пород — размер и форма
структурных блоков), изучается по всем разведочным скважинам, сеть
расположения которых определяется общими требованиями к разведке
месторождений в соответствии с типом месторождения (геологической
структурой и степенью выдержанности пластов угля) для отнесения за-
пасов к промышленным категориям. При изучении трещиноватости гор-
ных пород кроме разведочных выработок используются естественные об-
нажения этих пород и горные выработки, вскрывающие аналогичные тол-
щи на разрабатываемых участках месторождений.
1.1.7.	Гидрогеологические факторы оцениваются по результатам гидро-
геологической съемки, гидрогеологических и метеорологических наблюдений,
геофизических работ гидрогеологической направленности, наблюдений за
уровнем подземных вод и поведением промывочной жидкости в процессе
разведочного бурения, данных пробных и опытных откачек и др.
1.1.8.	В районах развития многолетнемерзлых пород необходимо изу-
чить специфические геокриологические условия; их исследование произ-
водится с учетом рельефа земной поверхности при помощи мерзлотной
съемки, измерения температуры во всех разведочных скважинах, а также
специальных лабораторных и полевых определений физических и механи-
ческих свойств мерзлых горных пород.
1.1.9.	При наличии в районе месторождения горнодобывающих пред-
приятий, находящихся в аналогичных условиях, следует провести анализ
инженерно-геологических условий их разработки и осложнений, возникаю-
щих при ведении горных работ.
1.1.10.	Рекомендации о числе инженерно-геологических скважин не от-
носятся к тем случаям, когда инженерно-геологические изыскания про-
изводятся специализированными организациями после окончания детальной
разведки. В этих случаях инженерно-геологические скважины являются
дублирующими разведочные скважины и их число должно быть сведено к
самому необходимому минимуму.
1.2.	Факторы, оказывающие влияние
на устойчивость откосов
1.2.1.	Основным условием устойчивости горных пород в откосах явля-
ется превышение сил сопротивления сдвигу над сдвигающими силами,
действующими по наиболее напряженной поверхности (называемой также
поверхностью скольжения), ограничивающей призму возможного обруше-
ния (рис. 1.1.):
+	(1.1)
7
где С и ft — сцепление и коэффициент внутреннего трения массива пород;
/,— длина плошадки (по поверхности скольжения) с постоянными ха-
рактеристиками С и ft (ширина площадки в плоской задаче принимается
равной единице); N,— нормальная составляющая веса столба пород Piy
опирающегося на площадку длиной Di — результирующая сила, учиты-
вающая в совокупности влияние гидростатического и гидродинамического
давлений на площадку 2Z, — сумма сдвигающих сил (касательных со-
ставляющих веса столбов породы, опирающихся на площадки Ц).
1.2.2.	Характеристики сопротивления сдвигу горных пород в массиве
(сцепление и коэффициент внутреннего трения) зависят от прочности по-
род в монолитном образце, степени и характера трещиноватости (формы
и размера структурных блоков), наличия слоистости, сланцеватости, тек-
тонических нарушений и трещин большого протяжения, прочности пород по
контактам слоев и другим поверхностям ослабления.
1.2.3.	Прочность горных пород в образце зависит от их петрографи-
ческой характеристики (минеральный состав, структурные и текстурные
особенности), определяемой способом и условиями образования горных
пород и последующими изменениями при литификации, метаморфизме,
тектонических процессах, выветривании.
1.2.4.	Важнейшим фактором, определяющим долговременную устойчи-
вость бортов карьеров, является длительная прочность пород в массиве
по контактам слоев и другим поверхностям ослабления.
1.2.5.	Положение и форма поверхностей скольжения в откосе горных
пород в значительной степени зависят от ориентировки крупных поверх-
ностей ослабления (слоистости, рассланцованности, тектонических трещин
большого протяжения, поверхностей древних оползней); этот фактор яв-
ляется одним из решающих при оценке устойчивости откосов, сложенных
осадочными слоистыми породами, при направлении падения слоев в сторо-
ну открытой горной выработки, так как по таким поверхностям ослаб-
ления сцепление незначительно, а углы трения меньше, чем по другим на-
правлениям, и зависят от степени шероховатости поверхностей ослабления
и от гранулометрического н минерального состава заполняющего материала.
8
1.2.6.	Размер и форма структурных блоков, обусловленные интенсив-
ностью прерывистых, ступенчато расположенных трещин отдельности,
определяют коэффициент структурного ослабления и тем самым влияют
на прочность горных пород в массиве.
1.2.7.	Значительное изменение свойств пород, происходящее под влияни-
ем физического и химического выветривания, требует установления про-
странственного распространения и характера зоны выветривания пород
на месторождениях.
1.2.8.	На устойчивость бортов карьеров, сложенных осадочными песчано-
глинистыми, выветрелыми или каолинизированными породами, большое
влияние оказывает уменьшение прочности этих пород с течением времени
вследствие выветривания, набухания и ползучести горных пород.
1.2.9.	Наличие водоносных горизонтов, водоемов, открытых и подземных
водотоков в окрестности карьера также может оказать существенное влия-
ние на устойчивость бортов в тех случаях, когда вокруг карьера создается
крутая депрессионная воронка; гидростатическое давление, действующее
по поверхности скольжения, уменьшает нормальную составляющую веса по-
род, что ведет к уменьшению сил трения и в конечном итоге к снижению
степени устойчивости борта. Наличие подземных вод в песчаных породах,
кроме того, приводит к появлению фильтрационных деформаций.
1.2.10.	Гидрогеологический и гидрологический режим в значительной
степени зависит от климатических условий района: количества атмосферных
осадков, температурного режима района, от особенностей рельефа, его
залесенности и др.
1.2.11.	В районах развития многолетнемерзлых пород необходимо изу-
чать геокриологические условия (границы распространения, мощности и
формы залегания, состав, строение и температурный режим многолетне-
мерзлых пород). Прочность многих пород в мерзлом состоянии как в
образце, так и в массиве значительно превышает прочность тех же пород
в талом состоянии. Прочность многолетнемерзлых пород зависит не только
от минерального, гранулометрического состава, структуры, текстуры и
плотности пород, но также от температуры и криогенных особенностей
пород: льдистости и криогенной текстуры. Мерзлые песчано-глинистые
породы могут характеризоваться высокой льдистостью; содержание льда
может превышать их полную влагоемкость; при оттаивании льда слабые
породы переходят к текучее состояние.
1.2.12.	Наличие многолетнемерзлых пород обусловливает специфические
гидрогеологические условия месторождений. Основной особенностью разви-
тия многолетнемерзлых пород является наличие практически водонепро-
ницаемой толщи мощностью от нескольких метров в области южной гра-
ницы их распространения до нескольких сотен метров в северных районах.
1.2.13.	Общая характеристика факторов, определяющих устойчивость
откосов, и особенности их влияния приведены в табл. 1.1.
Из рассмотренных выше факторов, оказывающих влияние на устой-
чивость бортов карьеров, на угольных месторождениях следует обратить
особое внимание на те из них, которые при разведке месторождений
наиболее часто оказываются невыявленными:
а) характеристика контактов почвы и кровли угольных пластов с
вмещающими породами и прочностные свойства контактов;
9
о	Таблица 1.1 Природные факторы, влияющие на устойчивость уступов и бортов карьеров		
Группа факторов	Факторы	Влияние факторов	Учет влияния факторов при оценке устойчивости бортов карьеров
Инженерно-	1. Генетический тип н литолого-	На прочность пород	При расчете углов наклона бортов и уг-
геологические	петрографический состав горной породы 2. Прочность горных пород в образце 3. Выветрелость горных пород	На общую устойчивость бортов в слабых породах, на прочность массива горных пород На прочность пород	лов откосов в слабых породах, а также при опенке прочности пород в массиве
	4. Способность горных пород к набуханию и размоканию	То же	При определении углов откосов и при разработке противооползневых мероприя- тий
	5. Прочность пород в массиве	На общую устойчивость бортов	При расчете углов наклона бортов и углов откосов в скальных и полускальных породах
	6. Трещиноватость горных по- род (размер и форма структурных блоков)	На прочность пород в массиве	Прн опенке сцепления пород в массиве
	7. Условия залегания пород:	На общую устойчивость бортов.	При выборе схемы расчета устойчивости
	наличие и пространственная ори- ентировка поверхностей ослабле- ния в массиве горных пород — слоистости, сланцеватости, текто- нических трещин большого протя- жения (более 10 м).тектонических нарушений	Определяют форму и положение наиболее напряженной поверхно- сти скольжения	бортов и углов откоса уступов
	8. Склонность пород к выветри-	На прочность пород и развитие	При определении углов откоса уступов
	ванню (выветриваемость)	осыпей в уступах	и при разработке противодеформацион- пых мероприятий
Г идрогеологи-	9. Длительная прочность пород	На общую устойчивость бортов	При расчете устойчивости бортов дли- тельного срока службы
	1. Поверхностные воды и взаи-	На характер обводнения пород	При выборе схемы осушения
ческие	мосвязь их с водоносными гори- зонтами	вблизи борта и на его устойчи- вость	
	2. Гидростатическое давление	На общую устойчивость борта	При определении общих углов наклона бортов и при разработке способов осу- шения
3.	Гидродинамическое давление
4.	Обводнение контактов слоев
5.	Карст
Климатические
Мерзлотные
(геокриологи-
ческие)
6,	Наличие больших запасов
напорных вод
I.	Количество атмосферных осад-
ков
2.	Температурный режим райо-
на
3.	Микрорельеф района и ра-
стительность
4.	Режим ветров
1. Пространственное распростра-
нение толщи многолетнемерзлых
порол; температурный режим гор-
ных пород
2. Льдистость пород
На устойчивость откосов
На снижение сопротивления
сдвигу
На выщелачивание и растворе-
ние пород. Вызывают снижение
прочности пород,приводят к опол-
занию. обрушению откосов
Обусловливает возможность воз-
никновения прорывов
На питание водоносных гори-
зонтов
На интенсивность выветривания
пород
На питание водоносных гори-
зонтов и заболоченность района
На выветривание порол и разве-
вание песчаных откосов
На общую устойчивость борта
Обусловливают специфические гид
рогеологические условия
На прочность пород, на разви-
тие деформаций уступов (осыпи,
оплывание и др.)
При разработке противооползневых ме-
роприятий
При определении углов откоса уступов
При определении углов откоса уступов
При разработке способов осушения
При гидрогеологических расчетах
При разработке мероприятий, предот-
вращающих развитие процессов выветри-
вания и образование осыпей
При организации осушения поверхности
в пределах карьерного поля
При разработке мероприятий по укреп-
лению откосов
При определении общих углов наклона
ортов и при разработке мероприятий,
дредотвращающих деформации
При определении общих углов наклона
бортов и углов откоса уступов
б)	прослои углисто-глинистых и глинистых пород во вмещающей толще,
слагающей борта карьеров, пространственное распространение и физико-
механические свойства этих прослоев;
в)	трещиноватость глинистых отложений—элювиальных и делювиаль-
ных глин, а также пластичных глии морской и лагунной фаций;
г)	диапировые складки и другие осложненные формы залегания слоев;
д)	тектонические нарушения и тектонические трещины большого протя-
жения;
е)	криогенные особенности контактов и слабых прослоев в породах,
слагающих борта карьеров (лъдистость, мощность ледяных прослоев и
включений и их распространение по площади).
1.3.	Классификация горных пород
и группировка угольных месторождений
по условиям устойчивости бортов карьеров
1.3.1.	Основными показателями физико-механических свойств горных
пород, определяющими их устойчивость в бортах карьеров, являются
прочность пород в образце, интенсивность и характер трещиноватости,
выветрелость, выветриваемость, растворимость, склонность к разуплотне-
нию и набуханию, склонность к пластическим деформациям (ползучести);
в зависимости от этих свойств все горные породы разделяются на пять
групп, общая характеристика которых дана в табл. 1.2 {39].
1.3.2.	При изучении устойчивости бортов карьеров границей между
породами скальными (прочными) и полускальными (средней прочности)
принято временное сопротивление сжатию в образце <тсж, равное 80,0 МПа.
Эта граница выбрана из тех соображений, что при сопротивлении сжатию
более 80,0 МПа углы наклона бортов открытых горных выработок при
наиболее распространенной средней глубине (в пределах 200—300 м) за-
висят только от элементов залегания поверхностей ослабления, от характе-
ра и степени трещиноваюсти, от технологических факторов и не зависят
от прочности пород в образце.
1.3.3.	Границей между породами полускальными (средней прочности)
и связными глинистыми (слабыми) принято временное сопротивление сжа-
тию 8 МПа из тех соображений, что породы меньшей прочности, во-первых,
имеют заметную склонность к набуханию (разуплотнению) при снижении
в них напряжений и наличии подтока воды и, во-вторых, в бортах карьеров
глубиной более 200 м они подвергаются пластическим деформациям (пол-
зучести).
1.3.4.	При изучении инженерно-геологических условий месторождений
твердых полезных ископаемых, подлежащих разработке открытым спо-
собом, с целью определения состава, объема и методики инженерно-геоло-
гического изучения, а также при определении углов наклона бортов карье-
ров и при разработке мероприятий, предотвращающих развитие дефор-
маций, возникает необходимость классифицировать месторождения по усло-
виям устойчивости бортов карьеров.
Инженерно-геологические условия угольных месторождений разнообраз-
ны, что определяется многообразием структурных форм и степени текто-
12

Классификация горных пород по их устойчивости в бортах карьеров
Таблица 1.2
Группа пород	Общая характеристика группы	Основные представители горных пород	Основные показатели устойчивости откосов
1. Прочные	осл>80 МПа, слабо-
(скальные)	трещиноватые, слабовы- ветриваемые, не набуха- ют, в бортах карьеров не подвергаются пластиче- ским деформациям
11. Средней	0^=8 4-80 МПа, тре-
прочности (по-	щиноватые, интенсивно
лускальные)	выветриваются, не набу- хают. не размокают, не пластичны
111. Слабые	(?сж<8 МПа, набуха-
(глинистые)	ют. размокают, пластич- ны, интенсивно выветри- ваются и осыпаются, оползают
Невыветрелые и слабовыветрелые извержен-
ные и метаморфические породы, кварцевые пес-
чаники, известняки и кремнистые конгломераты
Характеристики сопротивления сдви-
гу по поверхностям ослабления гр' и
С и элементы залегания этих поверх-
ностей
IV. Несвязные
(сыпучие)
V. Илы и плы-
вуны
Сцепление отсутству-
ет; углы внутреннего
трения и естественного
откоса изменяются в
пределах 28—38°; пла-
стически не деформи-
руются; не размокают и
не оползают
Сцепление менее 0,02
МПа. в водонасыщен-
ном состоянии внутрен-
нее трение отсутствует
Выветрелые разности изверженных и мета-
морфических пород, глинистые и песчано-гли-
нистые сланцы, глинистые и известковистые пес-
чаники, аргиллиты, алевролиты, мергели, из-
вестковистые конгломераты и брекчии, извест-
няк-ракунжяк, угли
Сильновыветрелые илн полностью дезинтег-
рированные изверженные и метаморфические, а
также выветрелые разности осадочных пород
второй группы, все разновидности глин, супе-
сей и суглинков, глинистые пески и галечники,
мел, лесс, делювиальные и моренные отложения
Каменистые и щебеночные накопления у ос-
нования откосов пород первой и второй групп,
чистые галечники и пески
Современные илисто-глинистые озерные, бо-
лотные и лагунные осадки, рыхлые водонасы-
щенные пылеватые пески и глины, водонасы-
щенные почвы, заторфованные осадки, водона-
сыщенные легкие и пылеватые суглинки
Характеристики прочности пород в
образце q и С и по поверхностям ослаб-
ления ср' и С', элементы залегания по-
верхностей ослабления,характер и ин-
тенсивность трещиноватости
Характеристики <р. С, <р' и С'; интен-
сивность трещиноватости, залегание
поверхностей ослабления; водонасы-
шенность и напорные воды
Угол внутреннего трения (или угол
естественного откоса), зависящий от
коэффициента трения по поверхности
частиц (обломков) и от их формы
В откосах высотой более 3—5 м
неустойчивы; не могут служить устой-
чивым основанием отвалов, оборудо-
вания и дорог
Таблица 1.3
Группировка угольных месторождений по основным факторам, влияющим на устойчивость бортов карьеров
Группа место- рожде- ний	Прочность (в образце) и литологический тип слагающих месторождение пород	Подгруппы угольных месторождений по сложности геологического строения		
		Простое	Средней сложности	Сложное
Скальные поро-
ды — с,* >80 МПа;
С>20 МПа. Песча-
ники, алевролиты,гра-
велиты и конгломе-
раты с прочным квар-
цевым и кремнистым
цементом, известня-
ки плотные
Ненарушенное или слабо
тектонически нарушенное гори-
зонтальное, пологое * залега-
ние пород, выдержанность сло-
ев по мощности и простиранию,
отсутствие или незначительное
проявление дополнительной
складчатости и разрывных на-
рушений; преимущественно
нормальносекущая трещино-
ватость (три основные системы
трещин); простые гидрогеоло-
гические условия. Пример;
Тугнуйская угленосная пло-
щадь
11
Полускальные по-
роды Осж ----- 8 т-
4-80 МПа; С = 2 4-
4-20 МПа. Песчани-
ки, конгломераты,
алевролиты с карбо-
натным, глинистым
цементом, аргилли-
ты, туфогенные по-
роды
Слабая фациальная измен-
чивость пород, спокойное гори-
зонтальное или пологое зале-
гание и малая нарушенность
пород, преобладает нормаль-
носекущая трещиноватость; про-
стые гидрогеологические усло-
вия. Пример: Азейское буро-
угольное месторождение
Тектонически нарушенное
наклонное и крутое * залегание
пород, простые складчатые
структуры, наличие отдельных
зон дробления, разрывных на-
рушений, иногда со значитель-
ным перемещением пород, по-
вышенная трещиноватость (пре-
обладают 4—5 систем трещин).
Пример: Нерюнгринское ка-
менноугольное месторождение
Горизонтальное, наклонное
и крутое залегание, осложнен-
ное разрывными нарушениями;
нормально- и кососекущая тре-
щиноватость пород. Более
сложные гидрогеологические
условия, особенно со стороны
лежачего бока. Примеры: Эки-
бастузское каменноугольное и
Коркинское буроугольное ме-
сторождения
Интенсивно тектонически нару-
шенное наклонное и крутое * зале-
гание пород, интенсивная складча-
тость, широкое развитие разрывных
нарушений, значительное число
тектонических трещин большого
протяжения крутого и пологого па-
дения, высокая трещиноватость
(имеют развитие трещины более
чем пяти систем). Возможны сред-
ней сложности и сложные гидро-
геологические условия: при нали-
чии водонепроницаемых тектониче-
ских зон, за которыми могут сохра-
няться запасы воды с большими
напорами
Наклонное и крутое залегание,
частое чередование пород, невыдер-
жанных по мощности, наличие се-
рии надвигов и сбросов, сплошных
трещин, высокая трещиноватость
пород. Гидрогеологические условия
средней сложности: наличие водо-
непроницаемых тектонических зон,
за которыми могут сохраняться за-
пасы воды с большими напорами;
наличие водоносных горизонтов в
лежачем боку. Пример: Бачатское
каменноугольное месторождение
Ill
Связные глинистые
и несвязные рыхлые
ПОРОДЫ — <7сж< 8
МПа; С<2 МПа.
Слабоуплотненные
песчано-глинистые
породы (алевролиты,
аргиллиты, песчани-
ки); мягкие связные
(глины, суглинки, су-
песи); рыхлые не-
связные (пески, гра-
вий, галечники) раз-
личной степени уп-
лотнения
Слабая фациальная измен-
чивость пород; горизонтально
залегающие слои пород; про-
стые гидрогеологические усло-
вия. Примеры; Днепровский
буроугольный бассейн, Райчн-
хинское буроугольное место-
рождение
Полого залегающие слои по-
род, значительная фациальная
изменчивость пород; сложные
гидрогеологические условия.
Примеры; Подмосковный буро-
угольный бассейн, Кушмурун-
ское и Ирша-Бородинское бу-
роугольные месторождения
Горизонтально, полого и круто
залегающие слои, сильная фаци-
альная изменчивость, развитие
дизъюнктивных нарушений, слож-
ные гидрогеологические условия
(перемежаемость слоев различных
водоносных пород и слоев глини-
стых водоупорных пород); наличие
водоносных горизонтов в лежачем
боку. Примеры-' североуральские
буроугольные месторождения, Юж-
но-Уральский буроугольный бас-
сейн, Вахрушевское буроугольное
месторождение (о. Сахалин)
* Согласно принятому в практике подсчета запасов и эксплуатации делению пластов по углу падения на пологие (0—25°),
наклонные (25—45°) и крутые (45—90°) [3].
нической нарушенное™, петрографических типов изучаемых пород, степени
выдержанности их состава и свойств в разрезе вскрываемой толщи, а также
гидрогеологических условий угольных месторождений.
В основу предлагаемой группировки месторождений положены физико-меха-
нические свойства углевмещающих пород, структурно-тектонические, литолого-
фациальиые особенности и гидрогеологические условия месторождений.
1.3.5.	Угленосные толщи сложены в основном песчано-глинистыми поро-
дами разной степени литификации, различных гранулометрического и ве-
щественного составов; подчиненное развитие имеют грубообломочные по-
роды (галечники, конгломераты и брекчии); в небольшом объеме в них
иногда содержатся карбонатные и вулканогенные породы.
По прочности пород, в основном слагающих угленосную толщу, уголь-
ные месторождения в предлагаемой группировке разделены на три группы
(табл. 1.3).
По условиям геологического строения угленосной толщи (структурно-
тектонической обстановки, фациально-литологической изменчивости пород,
гидрогеологических условий), определяющим сложность изучения факторов,
оказывающих влияние иа устойчивость бортов карьеров, и объем инже-
нерно-геологического изучения, каждая группа угольных месторождений
разделена на три подгруппы: 1) простое строение; 2) средней сложности
строение; 3) сложное строение.
1.3.6.	Структурно-тектоническое строение угленосных толщ связано с
историей развития тех областей земной коры, в которых происходило
углеобразование. Лишь на немногих месторождениях первичные формы зале-
гания углесодержащих толщ в последующем были изменены незначи-
тельно; в большинстве случаев влияние тектонических процессов иа угле-
носные формации отразилось в проявлении разнообразных форм складчатых
и разрывных нарушений [26].
Разнообразие структурных форм залегания горных пород и их нару-
шенности проявляется не только на месторождениях различных генети-
ческих групп (геосинклинальная. платформенная и др.), но и в пределах
одного и того же месторождения.
В пределах всего месторождения или локальных участков крупных
месторождений разных генетических групп наблюдается сходная тектони-
ческая обстановка, что дает основание объединять такие участки (или
месторождения) по структурно-тектоническим условиям для определения
устойчивости бортов карьеров.
1.3.7.	Основными структурными формами угольных месторождений
(или участков крупных месторождений) являются следующие [26—28]:
—	моноклинали — крылья пологих структур платформ, крупных синкли-
нальных и антиклинальных структур в складчатых бассейнах и месторож-
дениях (с падением от первых градусов до 90°);
—	брахиформы, ограниченные по размерам и простые по строению;
—	складчатые формы.
Наложение на складчатые формы разрывных нарушений (зоны разло-
ма, дробления) в значительной степени усложняет строение угольных
месторождений. Интенсивность проявления разрывной тектоники различна.
Некоторые месторождения характеризуются отсутствием разрывных нару-
шений или крайне слабым их проявлением.
16
1.3.8.	По наиболее существенным особенностям структурно-тектониче-
ского строения угольные месторождения (или их участки) для опреде-
ления устойчивости бортов карьеров разделены на следующие подгруппы:
—	угленосные площади (участки) с горизонтальным или пологим за-
леганием пород угленосной толщи, осложненным волнистостью и редкими
разрывными нарушениями:
—	угленосные площади (участки) с пологим, наклонным и крутым,
часто мульдообразным залеганием угленосной толщи, осложненным рядом
складчатых и разрывных нарушений, обусловивших создание крупнобло-
ковых структур залегания угленосных отложений:
—	угленосные площади (участки) с наклонным и крутым залеганием
угленосных отложений с интенсивной складчатостью и широким прояв-
лением разрывов, создающих мелкоблоковые структуры.
1.3.9.	Существенное влияние на устойчивость откосов оказывают состав
пород и литолого-фациальная выдержанность пород но площади, мощность
отдельных слоев н их чередование в разрезе угленосной толщи. Основное
внимание при проведении исследований должно уделяться выявлению слоев
наиболее слабых разностей пород геологического разреза прибортового
массива и изучению их состава, строения, свойств и степени пространствен-
ной выдержанности. Особенно это важно для месторождений группы III
(табл. 1.3), сложенных осадочной толшей слабых глинистых и несвязных
пород, а также для месторождений группы II.
1.3.10.	Большое влияние на устойчивость откосов несвязных и слабосвяз-
ных осадочных и интенсивно выветрелых скальных и полускальных пород
оказывают гидрогеологические факторы. На устойчивость откосов скальных
и полускальных трещиноватых пород гидрогеологические факторы оказы-
вают значительно меньшее влияние, однако при наличии в толще трещи-
новатых пород прибортового массива водонепроницаемых тектонических
зон за ними могут сохраняться запасы воды с большими напорами, что
ведет зачастую к деформациям откосов.
1.3.11.	К числу гидрогеологических факторов относятся, во-первых, число
водоносных горизонтов или водоносных зои, их распространение в раз-
резе и в плане, а также комплексов относительно водоупорных пород,
во-вторых, литолого-структурная характеристика пород, слагающих выде-
ленные водоносные и водоупорные комплексы, в-третьих, характер питания
и разгрузки, связь с поверхностными водоемами и реками, положение
поверхностей естественных уровней (напоров) водоносных горизонтов [38].
1.3.12.	В зависимости от этих факторов угольные месторождения,
предназначенные к открытой разработке, в процессе разведки могут быть
разделены на месторождения с простыми, средней сложности, сложными
гидрогеологическими условиями.
Простые гидрогеологические условия характерны для месторождений,
сложенных:
— слабыми глинистыми, песчано-глинистыми и несвязными породами
или осадочными уплотненными породами, в которых значительную часть
составляют глинистые образования типа сланцев, аргиллитов, плотных
глин, а также породами глинистой коры выветривания (при ее значитель-
ной мощности) при горизонтальном залегании слоев пород, при слабой
17
фациальной изменчивости слоев, при преобладании в разрезе комплекса
толщи пород значительной проницаемости, при залегании комплекса горных
пород значительно выше местного базиса эрозии, вследствие чего водо-
носные горизонты имеют ограниченное распространение и питание, есте-
ственную разгрузку и содержат небольшие естественные запасы;
—	преимущественно скальными и полускальными горными породами,
практически не меняющими прочности под влиянием подземных и поверх-
ностных вод; основная обводненность связана с трещиноватыми породами
при отсутствии крупных тектонических зон дробления или закарстованных
пород, распространяющихся за пределы месторождений.
Средней сложности гидрогеологические условия характерны для место-
рождений, сложенных;
—	слабыми и полускальными горными породами — слабыми глинистыми,
песчано-глинистыми, осадочными уплотненными породами, при горизонталь-
ном, пологом залегании пород при значительной фациальной изменчи-
вости слоев, значительной изменчивости залегания слоев, при наличии
нескольких водоносных горизонтов, переслаивании водоносных пород
с практически водоупорными;
—	скальными и полускальными трещиноватыми породами, в которых
слабые глинистые породы могут находиться в виде относительно тонких
слоев в осадочной толще или в виде непроницаемых «завес» в тектони-
ческих нарушениях.
Сложные гидрогеологические условия характерны для месторождений,
сложенных;
—	слабыми песчано-глинистыми, полускальными и скальными породами,
имеющих сложную структуру (линзообразная форма залегания отложе-
ний, наличие размывов и диапировых складок, вторичная складчатость
или тектоническая нарушенность — зоны или системы тектонических
нарушений, зоны сбросов, надвигов н т. д.); наклонное н мульдообразное
залегание перемежающихся водоносных и водоупорных слоев пород пред-
определяет сохранение высоких напоров в водоносных горизонтах лежачего
бока пласта (при любой водообильности пород).
1.3.13.	Месторождения группы I предлагаемой группировки угольных
месторождений (табл. 1.3) слагаются преимущественно скальными поро-
дами, характеризующимися сравнительно высокой прочностью на срез или
сжатие: сцепление С>20 МПа, временное сопротивление одноосному
сжатию осж>80МПа. К таким породам на угольных месторождениях
относятся песчаники и алевролиты на прочном кварцевом, кремнистом
цементе. В этих породах углы наклона бортов высотой до 300 м могут быть
максимальными, технически допустимыми, если в них отсутствуют небла-
гоприятно ориентированные относительно борта поверхности ослабления.
Основными факторами, определяющими углы наклона бортов и откосов
уступов в этих породах, являются структура массива, т. е. наличие и ори-
ентировка крупных поверхностей ослабления (напластования, сланцевато-
сти, разрывных нарушений, тектонических трещин большого протяжения),
а также выветриваемость пород (определяющая интенсивность осыпания
их в откосах) и горнотехнические факторы.
Месторождения группы I находятся в простых гидрогеологических
условиях, что определяется геоморфологическими и тектоническими осо-
18
бенностями: месторождения обычно расположены на водораздельных участ-
ках и благодаря расчлененности рельефа слабо обводнены, а наличие
тектонических нарушений и трещиноватости способствует хорошей дрени-
руемости пород. Сложные гидрогеологические условия возможны при нали-
чии водонепроницаемых тектонических зон в прибортовом массиве.
Угленосные породы, как правило, покрыты четвертичными отложениями:
суглинками, глинами, супесями небольшой мощности (от 2—3 до 10 м).
1.3.14.	Породы, участвующие в геологическом строении месторождений
группы 11, характеризуются недостаточной прочностью для обеспечения
устойчивости высоких бортов карьеров при крутых углах наклона (более
40—45°); с другой стороны, даже наиболее слабые породы месторожде-
ний этой группы не набухают при разгрузке и не переходят в пластическое
состояние в бортах глубоких карьеров. Это полускальные осадочные по-
роды — песчаники, алевролиты, аргиллиты, для которых значение сцепления
находится в пределах 2,0—20,0 МПа, а сопротивление одноосному сжатию
составляет 8,0—80,0 МПа.
Изменение прочности пород происходит в приповерхностных условиях
под влиянием разуплотнения, физического и химического выветривания;
зона разуплотнения и выветривания угленосных пород распространяется
до глубины 50—80 м.
S 1леносные отложения характеризуются высокой степенью утлефикапии
и литификации, большой мощностью и различной степенью дислоциро-
ванное™.
Степень сложности гидрогеологических условий месторождений груп-
пы И различна: от простых до сложных.
Устойчивость бортов карьеров и углы их наклона зависят от проч-
ностных свойств пород, структурных особенностей массива — характера и
степени трещиноватости, от наличия и ориентировки крупных поверх-
ностей ослабления, а также наличия напорных вод, сохраняющихся
в бортах после вскрытия месторождения (при наличии водонепроницае-
мых слоев или тектонических зон в борту).
1.3.15.	Месторождения группы III характеризуются преобладанием
слабых глинистых и несвязных пород. Сцепление пород в образце не пре-
вышает 2,0 МПа; породы часто склонны к набуханию (разуплотнению)
и ползучести при разгрузке и наличии подтока воды. Эта склонность гли-
нистых пород определяет пологие углы наклона бортов.
В эту группу входят угленосные формации платформенных областей,
для которых характерны низкая степень углефикации и литификации;
породы рыхлые, слабоуплотненные, реже сцементированные. Залегание по-
род обычно горизонтальное или пологое и реже наклонное.
Для угольных месторождений этой группы наряду с прочностью по-
род и контактов гидрогеологический фактор является одним из основных
при оценке устойчивости бортов.
1.3.16.	Для месторождений, расположенных в районах развития много-
летнемерзлых пород, следует пользоваться этой же группировкой, ио с
учетом геокриологических признаков, выражающих специфические особен-
ности состава, строения и свойств мерзлых толщ. Хотя прочность пород
в мерзлом состоянии обычно выше прочности одноименных пород в талом
(иемерзлом) состоянии, для месторождений в районах развития многолет-
немерзлых пород принято то же разделение на группы по прочности пород
в немерзлом состоянии по следующим соображениям:
19
—	деформации откосов уступов связаны, как правило, с оттаиванием
многолетнемерзлых пород (или многократно повторяющимися циклами
протаивания — промерзания, в результате которых происходит резкое умень-
шение прочности пород);
—	при островном или прерывистом распространении многолетнемерз-
лых пород на месторождении борта карьера слагаются породами в мерзлом
и немерзлом (талом) состоянии;
—	на стадиях проведения разведочных работ необходимо проводить
испытания прочности пород, как в мерзлом, так и в талом (немерзлом)
состоянии.
1.3.17.	Состояние мерзлых горных пород и их криогенные особенности
характеризуются значением отрицательной температуры, наличием льда и
его содержанием — льдистостью пород, от которой существенно зависит
устойчивость пород в откосах уступов; по содержанию льда выделяют
сильнольдистые (объемная льдистость z„c^0,50), льдистые (0,50^/Об^
^0,25) и слабольдистые (/.,6^0,25) породы 142].
В скальных и полускальных породах лед встречается главным об-
разом в виде слоев, прослоев, жил и жилок, заполняя трещины и пустоты,
структура пород при этом не изменяется, а лед по трещинам представляет
собой самостоятельное образование.
В мерзлых песчаных и других обломочных и глинистых породах лед
находится в виде прослоев, жил, линз и в виде цемента, т. е. в тонкодисперс-
ном виде, что сказывается на структуре и текстуре этих пород.
1.3.18.	Под воздействием криогенных процессов изменение состояния и
свойств горных пород разных групп происходит различно.
В скальных и полускальных породах криогенные процессы создают
криогенную монолитность, увеличивая прочность пород и уменьшая их
водопроницаемость на период мерзлого состояния. Породы в основном
слабольдистые; сильнольдистые породы с прослоями льда обычно наблю-
даются в зонах интенсивной трещиноватости и тектонического дробле-
ния. При оттаивании пород повышается общая трещиноватость массива,
чем предопределяются дальнейшее интенсивное выветривание и осыпание
пород в откосах.
Наиболее существенные изменения в составе, строении и свойствах
при промерзании, а также при протаивании происходят в рыхлых несвяз-
ных и мягких связных породах. При этом большую роль играют содержа-
ние воды, степень ее свободы и химические особенности; в зависимости
от этого процесс кристаллизации воды в одних случаях ведет лишь к
изменению в составе пород за счет льда, в других случаях к существенным
качественным преобразованиям состава, сложения и свойств пород.
1.3.19.	Одной из важнейших специфических особенностей, определяющей
объем инженерно-геологических и геокриологических исследований при раз-
ведке месторождений, залегающих в зоне развития многолетней' мерзлоты,
является характер распространения многолетнемерзлых пород: размещение
в плане, мощность, прерывистость.
В зависимости от пространственного распространения многолетнемерз-
лых пород в пределах месторождения выделяют: 1) сплошное развитие
многолетней мерзлоты; 2) наличие таликов в толще мерзлых пород (пре-
рывистую мерзлоту); 3) островную мерзлоту.
2.	ТРЕБОВАНИЯ К ИЗУЧЕННОСТИ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ К ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ
2.1.	Основные требования к инженерно-геологическому
изучению месторождений по стадиям разведки
2.1.1.	Инженерио-гсоло! ические исследования проводятся параллельно с
общегеологическими на всех стадиях разведки месторождения на основе
принципа последовательного приближения прогноза к реальным условиям с
повышением степени достоверности материалов и точности расчетов.
2.1.2.	Целью инженерно-геологических исследований при разведке место-
рождений является получение уже в процессе разведочных работ надеж-
ных сведений об инженерно-геологических условиях угольных месторож-
дений, необходимых для обоснованного определения оптимальных парамет-
ров бортов, уступов и отвалов карьеров, для разработки противооползневых
мероприятий в проектах разработки угольных месторождений; этим дости-
гается комплексность в изучении месторождений, отпадает необходимость
в проведении проектными организациями дополнительных инженерно-
геологических исследований, повышается качество проектных работ, обеспе-
чивается устойчивость бортов и безопасность ведения горных работ на
карьерах.
В отдельных случаях (при наличии очень сложных инженерно-гео-
логических условий) к исследованиям могут привлекаться специализи-
рованные организации.
2.1.3.	Геологические факторы, влияющие на устойчивость бортов карье-
ров литологический разрез пород угленосной толщи, литологический
состав и мощность покровных отложений, структурно-тектоническая об-
становка, элементы залегания пород, тектонических нарушений и трещин
большого протяжения (более 10 м), границы распространения зоны вы-
ветривания в плане и разрезе и степень выветрелости пород,— устанавли-
ваются обычными геологоразведочными выработками (скважинами, шурфа-
ми, канавами и пр.), сетка которых определяется общими требованиями
к разведке угольных месторождений в зависимости от сложности текто-
нического строения, выдержанности пластов угля и категории запасов в
соответствии со стадией разведки |3].
Изучение гидрогеологических условий месторождений производится в
соответствии с работами [22, 38].
2.1.4.	Первые сведения по инженерно-геологическим условиям место-
рождения, необходимые для решения устойчивости бортов карьеров, должны
быть получены в стадию предварительной разведки, задачей которой яв-
ляется общая предварительная оценка месторождения и его промышлен-
21
ного значения. На стадии предварительной разведки устанавливаются
геологическое строение, общие размеры месторождения, характер угленос-
ности, качество углей, общие гидрогеологические и горнотехнические
условия.
По результатам предварительной разведки составляется технико-
экономический доклад о целесообразности производства детальной раз-
ведки (ТЭД) и разрабатываются временные кондиции. В соответствии с
временными кондициями подсчитываются запасы угля, дается промышлен-
ная оценка месторождения, определяются основные условия его вскрытия
и отработки и наиболее перспективные участки месторождения для по-
становки детальных разведочных работ.
2.1.5.	Инженерно-геологические исследования на стадии предваритель-
ной разведки состоят в проведении следующих работ, направленных на
выявление инженерно-геологических условий месторождения:
—	инженерно-геологическое маршрутное обследование района;
—	инженерно-геологическая документация геологоразведочных выра-
боток;
—	бурение инженерно-геологических скважин;
—	изучение физико-механических свойств пород.
В результате этих исследований должны быть получены следующие
материалы: физико-механические свойства пород покровных отложений,
пород, вмещающих угольный пласт, и самих углей в зависимости от сте-
пени литификации и выветрелости; характеристика контактов пород; ха-
рактеристика структуры месторождения, характер и степень трещинова-
тости пород.
2.1.6.	Для районов развития многолетнемерзлых пород на стадии пред-
варительной разведки в составе инженерно-геологического изучения про-
водятся дополнительные работы, направленные на выявление и установле-
ние характера распространения многолетнемерзлых пород, температурного
режима пород в годовом цикле [5, 19]:
—	инженерно-геокриологическая съемка масштаба 1:25 000—1:50 000;
—	температурные измерения в скважинах и горноразведочных выработ-
ках, расположенных на различных участках месторождения, выделенных
по результатам работ на стадии поисков и ландшафтных исследований;
—	геофизические исследования (электропрофилирование).
В процессе бурения скважин должны проводиться наблюдения за
льдистостью кернового материала и поведением его при оттаивании.
Дается общая оценка физико-механических свойств пород в мерзлом
и талом состоянии.
2.1.7.	При составлении программы на проведение детальных разве-
дочных работ на месторождениях, предназначенных к разработке откры-
тым способом, необходимо учитывать дополнительные требования к ин-
женерно-геологической изученности месторождений, которые выдвига-
ются необходимостью решать вопрос обеспечения устойчивости бортов
будущего карьера.
Границы детальной разведки с учетом углов наклона бортов карьера
по каждому геологически однородному участку рекомендуется принимать по
табл. 2.1.
22
Таблица 2.1
Ориентировочные значения углов наклона бортов карьеров *
Группа месторождений по прочности слагающих их пород	Геологические условия и основные факторы, оказывающие влияние на углы наклона бортов	Ориентировоч- ные значения углов наклона бортов
1. Скальные (прочные)	Прочные слаботрещиноватые породы;	До 50°
горные породы II. Полускальные	преимущественно нормальносекущей тре- щиноватости, чаще всего развиты 3—4 си- стемы трещин, разбивающих массив на крупные блоки (размером более 80 см) Те же породы интенсивной трещинова- тости при отсутствии неблагоприятно ориен- тированных поверхностей ослабления Борт лежачего бока при падении слоев под углом меньше 40° Отсутствие поверхностей ослабления	40—45 30—35 35—45
(средней прочности) гор- ные породы III. Связные глинистые	большого протяжения, имеющих падение в сторону выемки Наличие поверхностей ослабления, имею- щих падение в сторону выемки Мульдообразное залегание слоев пород (зависит от прочности по контактам слоев) Борта сложены в основном песчано-гра-	30—35 20—25 20—30
(слабые) и несвязные рыхлые породы	вийиыми и другими хорошо дренируемыми отложениями; в нижней части борта пла- стичных глин и поверхностей ослабления нет В нижней части борта или в его основании имеются слои пластичных глин или поверх- ности ослабления — древние поверхности скольжения и слабые контакты между слоями	6—25
* Таблица используется только для определения границ инженерно-геологиче-
ского изучения.
2.1.8.	На стадии детальной разведки, основной задачей которой яв-
ляется подготовка месторождения или его части для промышленного освое-
ния, на выделенных в результате предварительной разведки участках
месторождения проводится их детальное инженерно-геологическое изуче-
ние, состоящее в проведении тех же работ, что и на стадии предваритель-
ной разведки, но в большем объеме.
В результате этого изучения должны быть уточнены и дополнены
ранее полученные данные:
—	условия залегания углевмещающих пород, выдержанность литологи-
ческих типов, характер залегания покровных пород, наличие тектониче-
ских нарушений и трещин большого протяжения и их элементы залегания,
границы распространения зоны выветривания пород, глубина залегания
промышленных угольных пластов;
—	степень и характер трещиноватости пород, изменение их по площа-
ди и с глубиной;
—	характер поверхностей напластования, трещин большого протяжения,
наличие, состав и мощность заполняющего их материала;
23
—	состав покровных отложений, их мощность;
—	физико-механические свойства углевмещающих пород, пород покров-
ных отложений и углей;
—	гидрогеологические условия месторождения.
При инженерно-геологических исследованиях большое внимание должно
уделяться характеру контакта пород с почвой угольного пласта, а также
выявлению как в угленосной толще, так и в покровных отложениях про-
слоев (слоев) наименее прочных пород (изучение их состава, свойств и
пространственной выдержанности).
2.1.9.	Инженерно-геокриологическое изучение месторождений на стадии
детальной разведки состоит в проведении следующих работ;
—	температурные наблюдения по скважинам с целью уточнения тем-
пературного режима мерзлых толщ, их расположения по площади и по
глубине, в бортах предельного контура карьера и в основаниях внутрен-
них и внешних отвалов;
—	сгущение сети электрометрических профилей, вертикальное зонди-
рование для уточнения мощности и распространения по площади много-
летнемерзлой толщи, .местоположения таликов;
—	определение теплофизических характеристик пород в талом и мерз-
лом состоянии;
—	определение типов криогенной текстуры, льдистости горных пород,
характера заполнения и количества льда в трещинах;
—	изучение физико-механических свойств пород в талом и мерзлом
состоянии.
2.1.10.	По данным детальной разведки для выявленных инженерно-
геологических условий месторождений углы наклона бортов карьеров опре-
деляются уже путем расчета с учетом прочности пород и структурно-
тектонической обстановки [24, 39|.
В условиях многолетней мерзлоты углы наклона бортов карьеров опре-
деляются с учетом прочности мерзлых пород и прогноза изменения тем-
пературного режима пород.
2.1.11.	После завершения детальной разведки и передачи месторожде-
ния (или участка) в промышленное освоение с целью пополнения данных
для более обоснованного и точного планирования и проектирования гор-
ных работ, уточнения геологических прогнозов н повышения степени
изученности более слабо разведанных частей на угольных месторождениях
осуществляется большой объем дополнительных разведочных работ и геоло-
гических исследований, которые подразделяют на два основных направ-
ления; 1) доразведка и 2) эксплуатационная разведка.
Разведочные работы в процессе освоения месторождения (перед
строительством, в период строительства карьера и в период эксплуата-
ции) используются для уточнения инженерно-геологических условий.
2.1.12.	В период доразведки, проводящейся перед началом строитель-
ства карьера, а также с целью повышения степени разведанности запасов
угля на слабо разведанных участках, инженерно-геологические исследо-
вания в наибольшем объеме предусматривают на первоочередных или
наиболее ответственных участках (разрезные траншеи, нерабочий борт).
Особенно необходимо такое дополнительное инженерно-геологическое изуче-
ние на месторождениях со сложным геологическим строением.
24
2.1.13.	Разведочными выработками могут быть не подсечены слабые
пропластки или поверхности ослабления, имеющие локальное распростра-
нение, небольшие участки шлих пород и т. д., поэтому для наиболее пол-
ного изучения инженерно-геологических условий очень важным этапом
разведочных работ является эксплуатационная разведка, дающая наиболее
достоверные исходные данные.
Основной задачей эксплуатационной разведки, которая проводится
в процессе отработки месторождения, является получение надежных геоло-
гических данных для планирования и регулирования горно-эксплуатацион-
ных работ: уточняются детали тектоники. морфология угольных пластов,
качество углей, горнотехнические и гидрогеологические условия эксплуата-
ции и т. д.
После вскрытия месторождения и уточнения инженерно-геологических
хсловий путем детального изучения тектоники, трещиноватости, условий
залегания пород, физико-механических свойств пород и выветриваемости
горных пород производится уточнение и корректировка углов наклона
бортов.
2.1.14.	В период строительства и эксплуатации карьера инженерно-
геологические условия уточняются путем [6]:
—	проведения визуальных наблюдений за состоянием откосов на карье-
рах и на отвалах;
—	проведения систематических инструментальных наблюдений за де-
формациями откосов и установлением причин их возникновения;
—	детального изучения в забоях уступов условий залегания слоев,
тектонических нарушений, контактов слоев и пород;
—	изучения физико-механических свойств порол:
—	изучения характера, степени трещиноватости и выветриваемости
(осыпания) пород в откосах уступов;
—	проведения систематических гидрогеологических наблюдений.
Инженерно-геокриологические исследования месторождений на стадии
эксплуатационной разведки (в период строительства и эксплуатации)
состоят в проведении следующих работ:
—	продолжение температурных наблюдений по скважинам (в том
числе и в скважинах на существующих открытых выемках и отвалах)
с целью определения глубин промерзания-оттаивания, а также определения
теплофизических характеристик;
—	изучение криогенных явлений в открытых горных выработках и
отвалах;
—	прогноз влияния изменения геокриологических и инженерно-геоло-
гических условий на устойчивость бортов карьеров и отвалов.
2.1.15.	В количественном отношении необходимый объем различного рода
исследований (включая число инженерно-геологических скважин) выбира-
ется исходя из сложности инженерно-геологических условий месторожде-
ний, прочности пород, слагающих борта карьеров, и стадии разведки.
2.2.	Границы инженерно-геологического изучения
и число инженерно-геологических скважин
2.2.1.	При разведке месторождений, подлежащих разработке открытым
способом, инженерно-геологическое изучение массива вмещающих пород
должно проводиться не только в пределах промышленных запасов полез-
ного ископаемого, но и за их пределами, т. е. граница разведочных работ
должна быть удалена за контур нижней границы отработки промышлен-
ных запасов на расстояние L (рис. 2.1), определяемое по формуле
L=H ctg	(2.1)
где Н — намечаемая глубина разработки (высота борта), м; а — ориенти-
ровочное значение угла наклона борта, градус (см. табл. 2.1); b — ширина
призмы возможного обрушения борта по поверхности, м.
Значения b приближенно можно принимать в зависимости от прочности
и условий залегания пород в пределах, указанных в табл. 2.2.
2.2.2.	Инженерно-геологические условия месторождения должны изу-
чаться по всем геологоразведочным скважинам, а также по гор ио разведоч-
ным выработкам, проходимым на месторождении для разведки угольного
пласта.
Для отбора образцов с целью изучения физико-механических свойств
пород бурятся специальные ииженерио-геологические скважины, которые
могут быть использованы и как разведочные.
2.2.3.	Глубина инженерно-геологических скважин, из которых отбирают-
ся образцы для изучения прочности всех литологических разностей, за-
висит от условий залегания пород и угля, литолого-структурных особен-
ностей месторождения и изменчивости характеристик прочности пород с
глубиной:
—	при горизонтальном и пологом залегании слабых пород (группа
III месторождений, табл. 1.3) глубина скважин должна на 20% превышать
--3
Рис. 2.1. Границы инженерно-геологического изучения место-
рождений.
а~в—схемы возможного обрушения борта при различном залегании пород.
1 — полезное ископаемое: 2— предельный контур карьера; 3 — граница при-
змы возможного обрушения; 4 — поверхности ослабления.
26
Таблица 2.2
Значения b для различных инженерно-геологических условий
Характеристика прочности порол	(	Условия залегания пород	|	/». VI
Слабые песчано-глинистые	Изотропный массив или горизон-	0,6//
породы	тальное залегание слоев	
	Наклонное залегание слоев:	
	висячий бок	0,6//
	лежачий бок	\н
Породы средней прочности	Горизонтальное и слабопологое за-	0,3—0,4/7
(аргиллиты, алевролиты, песча-	легание слоев	
ники, конгломераты, гравелиты	Наклонное залегание слоев:	
и др.)	висячий бок	0,3//
	лежачий бок	0,6//
Неслоистые породы:	Поверхности ослабления отсутствуют	
средней прочности		0,2/7
прочные		0,1/7
глубину залегания почвы угольного пласта, исключая те случаи, когда в поч-
ве залегают заведомо более прочные породы, чем вскрышные;
—	при наклонном залегании пород глубина инженерно-геологических
скважин определяется размерами призмы возможного обрушения борта —
инженерно-геологические скважины должны пересекать в лежачем боку
толщу пород в пределах призмы возможного обрушения, ширина которой
b для условий наклонного залегания может быть взята из табл. 2.2., при
этом поверхность скольжения для рассматриваемых целей может прини-
маться плоской, параллельной поверхности борта;
—	на месторождениях группы II (табл. 1.3), сложенных полускальными
породами, глубина инженерно-геологических скважин также определяется
размерами призмы возможного обрушения;
—	на месторождениях группы I (табл. 1.3), сложенных скальными поро-
дами, глубина инженерно-геологических скважин должна быть не менее
глубины зоны выветривания.
2.2.4.	Число инженерно-геологических скважнн в пределах месторожде-
ния (или поля карьера) в границах, указанных выше, определяется из-
менчивостью характеристик прочности пород в образце на отдельных участ-
ках по площади месторождения.
Анализ материалов изучения физико-механических свойств горных пород
показывает, что у осадочных пород сопротивление сдвигу в различных
участках инженерно-геологического слоя практически не изменяется, если
слой на этих участках имеет одинаковую фациально-литологическую ха-
рактеристику и одинаковую глубину залегания. На каждом участке место-
рождения, имеющем существенные литолого-фациальные, структурные и
тектонические особенности, необходимо бурить 1—2 инженерно-геологиче-
ские скважины. Ориентировочное число инженерно-геологических скважин
можно определить по табл. 2.3.
Приведенные в табл. 2.3 числа инженерно-геологических скважин ие
должны рассматриваться как обязательные. Систематическая и своевремен-
ная обработка и анализ получаемых при разведке геологических и инже-
нерно-геологических материалов позволят выбрать наиболее рациональное
число скважии.
2/
Таблица 2.3
Число инженерно-геологических скважин
в зависимости от сложности геологического строения площади
Гр\ опа	На с дм it inn разведчсмой н.ioijiадм		Средней	
месторождении			сложности	
I	На	все поле карьера II	На	I км1’ поля карьера III	То	же	2 0,5 2		3	3.	4 -0.8	0,8—1,5 -3	4—6	4-6 2-3 6—8
Примечание. Чем больше площадь геологических скважии приходится на 1 км2.	поля	карьера, тем меньше	инженер но-
2.2.5.	Из общего числа необходимых инженерно-геологических скважин
около 25% бурятся в стадию предварительной разведки, а остальные в про-
цессе детальной разведки.
На месторождениях групп II и III со сложными условиями залегания
часть инженерно-геологических скважин бурится при доразведке, когда
становится известной очередность разработки отдельных участков место-
рождения.
2.2.6.	Инженерно-геологические скважины располагаются по поперечни-
кам вкрест простирания слоев или в направлении наибольшего уклона
земной поверхности (что при горизонтальном залегании определяет
направление максимального изменения глубины залегания слоев).
На каждом поперечнике бурится по 3—4 скважины: одна — в понижен-
ных местах рельефа (в пойменной части долины), вторая — на склоне доли-
ны и одна-две — на водоразделе. Поперечники и скважины на них следует
располагать так, чтобы большая часть инженерно-геологических скважин
оказалась в прибортовой части (в пределах призмы возможного обруше-
ния нерабочих бортов) проектируемого карьера.
На месторождениях группы III со сложными условиями все инженерно-
геологические скважины на участках первой очереди разработки распола-
гаются по поперечникам, расстояние между которыми 200—300 м, и на каж-
дом поперечнике располагаются 2—3 ииженерно-геологические скважины.
2.2.7.	На месторождениях группы I решающее влияние на устойчивость
бортов оказывают структурно-тектонические условия (слоистость, сланцева-
тость, тектонические нарушения, трещины большой, более 10 м, протяжен-
ности). Эти особенности месторождения выявляются в процессе разведки
всеми геологическими и геолого-структурными скважинами, поэтому число
инженерно-геологических скважин, из которых отбираются образцы для изу-
чения прочности всех литологических разностей пород, должно быть мини-
мальным (от 2 до 6) в зависимости от сложности геологического строения
месторождения: при разведке месторождений, сложенных скальными по-
родами, особое внимание следует обратить на изучение характера и интен-
сивности трещиноватости по керновому материалу, а также по естественным
обнажениям или разведочным горным выработкам.
2.2.8.	Число инжеиерно-геологических скважии для месторождений, рас-
положенных в зоне многолетнемерзлых пород, определяется еще и про-
странственным развитием многолетней мерзлоты (сплошное развитие мно-
28
Т а б л и ц а 2.4
Ориентировочное число инженерно-геологических скважин
в зависимости от сложности геологического строения
и пространственного распространения многолетней мерзлоты
Г руппа месторождений	Пол руппа мес юрожденпн по сложности fсологнчесым<> сiроения	01 сх те)вис мер ♦доты или < Il lull)нос p.i ИМ1 1 III	1 Ij.iiith	bl.TMEDB	Ост ровное
I *	1	2-3	2	-3	2 3
	2	3—4	3	- 4	3—4
	3	4—6	4	-6	4—6
II **	1	0,5- 0.8	1,0	1,6	1,0 -1,6
	2	0,8- 1,5	1,6-	-3	1,6—3
	3	2—3	4-	-6	4-6
,11 **	1	2 -3	4-	-6	4—6
	2	4-6	8-	-12	8—12
	3	6-8	12-	-16	12 - 16
Число скважин на все ноле карьера.
Число скважин на 1 куг поля карьера.
голетней мерзлоты, островная мерзлота, наличие таликов в зоне мерзлых
пород).
2.2.9.	Ориентировочное число инженерно-геологических скважин при
сплошном развитии многолетней мерзлоты для месторождений группы I,
сложенных скальными породами, остается то же, что рекомендовано для
соответствующих инженерно-геологических условий месторождений, рас-
положенных вне зоны многолетней мерзлоты (табл. 2.4).
При наличии таликов или островном развитии многолетней мерзлоты
в пределах поля разреза на месторождениях групп П и III число инженер-
но-геологических скважин должно быть увеличено в 2 раза по сравнению
с немерзлыми породами, что объясняется различным физическим состоя-
нием пород (талые и мерзлые), изменением их прочностных и структурных
особенностей вследствие процесса криогенеза (особенно в переходной
зоне — на границах раздела мерзлых и талых пород).
2.2.10.	При изучении пространственного распространения многолетней
мерзлоты линии электрического профилирования и вертикального электро-
зондирования должны продлеваться иа 200 м за указанные в и. 2.2.1 гра-
ницы разведки. Для температурных измерений, методика которых изложена
в работе [19], используются все разведочные скважины и подземные
выработки, в том числе в обязательном порядке инженерно-геологиче-
ские скважины. Методика температурных наблюдений в слое годовых тепло-
оборотов изложена в работе [29], а в глубоких горизонтах в работе [37].
Объемы электропрофилирования и ВЭЗ на стадии детальной разведки,
а также дополнительное число специальных температурных скважин в бор-
тах предельного контура карьера определяются после установления на
стадии предварительной разведки (в результате ландшафтной съемки,
электропрофилнрования, ВЭЗ и температурных измерений в отдельных
скважинах) общих закономерностей распространения мерзлых талых пород.
2.2.11.	Для определения теплофизических характеристик пород (тепло-
емкости и коэффициента теплопроводности) в талом и мерзлом состоянии
29
(на стадиях детальной и эксплуатационной разведок) достаточно пробурить
скважины глубиной около 30 м. При такой глубине обеспечивается получе-
ние этих характеристик как в зоне влияния различных поверхностных усло-
вий, так и вне этой зоны. Эти скважины располагаются как в мерзлых, так
и в талых породах разного литолого-петрографического состава и в раз-
личных геоморфологических условиях. Скважины оборудуются по всей
глубине термодатчиками, засыпаются шламом от бурения. Устья скважин
перекрываются. Для получения теплофизических характеристик, близких
к характеристикам в проектируемых бортах карьеров, растительный слой
возле скважин (на расстоянии около 10 м от устья) снимается бульдозером.
2.3.	Бурение инженерно-геологических скважин
и отбор из них образцов горных пород
2.3.1.	Основными требованиями к методике бурения инженерно-геологи-
ческих скважии являются обеспечение максимального выхода керна (не
менее 80%) и сохранение естественной влажности и состояния горных пород
в образцах, отбираемых для определения их физико-механических свойств.
2.3.2.	При изучении инженерно-геологических условий месторождений
групп 1 и II (табл. 1.3), сложенных скальными и полускальными породами,
«прение обычных геолого-структурных скважин с отбором керна пород удо-
влетворяет требованиям инженерно-геологического изучения. Минимальный
диаметр керна для испытаний на сжатие и срез для скальных и полускаль-
ных пород должен быть 30 мм.
2.3.3.	Отбор образцов скальных и полускальных пород производится по
интервалам 30—50 м; из каждого интервала отбирается 3—4 образца
длиной 20—25 см каждой литологической разности.
2.3.4.	При бурении инженерно-геологических скважин в толще несвязных
и слабых глинистых пород для предотвращения набухания и размыва керна
в качестве промывочной жидкости применяется густой глинистый раствор
с плотностью 1,15—1,20 г/см\ вязкостью 20—22 с и коллом [альиостью
94—96%.
Во избежание размыва керна скорость подачи промывочной жидкости
сокращается в 1,5—2 раза; сокращается также частота вращения бурового
снаряда (до 120—180 об/мин); минимальный диаметр кериа 85 108 мм.
Применение специальных обуривающих грунтоносов целесообразно лишь
для отбора образцов сланцеватых глин, крупнозернистых и гравелистых
песков, а также современных озерных и болотных отложений. При извле-
чении керна из колонковой трубы необходимо не допускать его деформиро-
вания.
2.3.5.	Из каждой инженерно-геологической скважины по каждому визу-
ально однородному слою слабых песчано-глинистых и глинистых пород от-
бирается от 120 до 200 см керна; керн отбирается в виде образцов-монолитов
длиной 20—25 см, распределенных равномерно по всей мощности однород-
ного слоя. Особенно тщательно н в большем количестве отбираются образцы
глинистых пород, залегающих в нижней части толщи вскрышных пород.
2.3.6.	Образцы слабых пород тщательно очищаются ножом от глинисто-
го раствора и парафинируются для сохранения естественной структуры и
30
влажности (при очистке керна от глинистого раствора ножом срезается
тонкая стружка керна, что является своеобразной «пенетрацией» для вы-
явления наиболее слабых прослойков и границ между слоями). Образцы
песков следует очищать только от поверхностного жидкого слоя глинистого
раствора, сохранять нижний уплотненный слой, предохраняющий керн от
разрушения.
Если образцы должны храниться длительное время, они покрываются
несколькими слоями парафина с добавлением гудрона, слоем смоченной
в парафине с гудроном плотной бумаги и слоем марли. Могут применяться
также и другие материалы для гидроизоляции образцов: парафино-воско-
вая мастика, гудрон с добавкой минерального масла, эмалевая краска по
ткани и др.
2.3.7.	Образцы должны испытываться или парафинироваться не позже,
чем через 3 ч после извлечения из скважины; в течение этого времени они
должны быть защищены от высыхания, увлажнения и замораживания
(замораживание образцов недопустимо в течение всего времени и.х хране-
ния и транспортировки); запарафинированные образцы транспортируются
плотно уложенными в ящики с опилками.
2.3.8.	Для сохранения естественной отрицательной температуры керна
многолетиемерзлых пород бурение инженерно-геологических скважин в пре-
делах зон распространения этих пород должно осуществляться с промыв-
кой засоленным глинистым раствором нлн с продувкой сжатым воздухом
определенной температуры.
Разнообразные температурные,мерзлотные, гидрогеологические и геоло-
гические условия в районах распространения многолетнемерзлых пород
определяют различные требования к технологии бурения 114].
2.3.9.	Сохранение естественного состояния многолетиемерзлых пород
в образцах при их хранении или транспортировке затруднительно, поэтому
для таких пород наиболее рационально производить полевые испытания
пород непосредственно после извлечения их из скважины.
2.4.	Представительность образцов
и определение необходимого числа испытаний
2.4.1.	Достоверность характеристик прочности горных пород, в частности
сопротивления сдвигу, зависит от представительности и числа образцов,
методики испытаний и определения расчетных показателей.
Методика отбора и испытаний образцов горных пород должна обес-
печивать сохранение естественной структуры, влажности и температуры
пород, а также соответствие режима испытания напряженному состоянию
породы в природных условиях.
2.4.2.	Образцы можно считать представительными, если они сохраняют
естественную структуру, влажность и температуру, охватывают литолого-
петрографические и механически неоднородные разности, слагающие борта
разрезов в их предельном положении. С этой целью можно рекомендовать
полевые испытания механических свойств пород, которые позволяют выде-
лить участки, неоднородные по механическим свойствам,в то время как
литологически, генетически, структурно эти участки визуально кажутся одно-
родными.
31
Для многолетнемерзлых пород полевые испытания являются обязатель-
ными, так как при оттаивании этих пород в них происходят необратимые
процессы, изменяющие их первичную структуру и суммарную влажность.
Полевые испытания предпочтительнее еще и потому, что при отборе,
транспортировке и обработке образцов для испытаний зачастую наиболее
слабые из них разрушаются и выпадают из общего числа проб.
2.4.3.	Число испытаний при прочих равных условиях зависит от допусти-
мой точности получаемых характеристик прочности и изменчивости физико-
механических характеристик.
После 10—15 испытаний для каждой литологической разности необхо-
димо оценить полученные средние значения характеристик с точки зрения
их достоверности. Максимальная относительная погрешность среднего
арифметического в процентах от его значения определяется по формуле
0?,	(2.2)
где tn — статический коэффициент, зависящий от доверительной вероятно-
сти, берется из таблиц IV [2] (см. приложение VI); п — число испытаний;
ц=(о/тср) • 100% — коэффициент изменчивости, выражающий среднее ква-
дратическое отклонение в процентах от среднего арифметического; о —
среднее квадратическое отклонение результатов испытаний; тп,— среднее
значение сопротивления сдвигу.
В том случае, если полученная точность среднего значения прочности
ниже заданной, то дополнительное число испытаний для обеспечения
необходимой точности определяется из выражения [31J
п=1;. (v/МУ,	(2.3)
где М — заданная относительная погрешность определения прочностной
характеристики пород (например, сопротивления сдвигу).
В случае многослойного массива число испытаний следует определять
по формуле
n—t« (v/M)'a,	(2.4)
где М ~ заданная относительная погрешность расчетного сопротивления
сдвигу всей толщи, выраженная в процентах от среднего сопротивления
сдвигу пород всего массива борта; а — весовое участие каждого слоя в об-
щем сопротивлении сдвигу всей толши, равное отношению сопротивления
сдвигу данного слоя к сопротивлению сдвигу по всей поверхности сколь-
жения.
Все вышеизложенные рекомендации относятся к числу испытаний,
необходимых для построения с определенной точностью одного паспорта
прочности породы. Для многолетнемерзлых пород необходимо получение
паспортов прочности для каждой литологической разности в мерзлом
и талом состояниях; должны также производиться испытания после опре-
деленного числа циклов замораживания и оттаивания. Следовательно, число
испытаний, определяемое по вышеприведенным формулам, для многолетне-
мерзлых пород должно быть увеличено в 2—3 раза.
32
Для месторождений, где многолетнемерзлые породы имеют остров-
ное распространение или наблюдаются талики, для участков немерзлых
пород рекомендации по числу испытаний остаются согласно формулам
(2.3—2.4).
2.5.	Изучение физико-механических свойств
горных пород
2.5.1.	Физико-механические свойства горных пород являются одним из
основных факторов, определяющих устойчивость откосов и бортов карьеров.
Основными характеристиками физико-механических свойств пород, вхо-
дящими в расчетные формулы, являются:
—	показатели прочности пород — сцепление С и угол внутреннего тре-
ния <р, сцепление С' и угол трения <р' по естественным поверхностям ослабле-
ния (по контактам слоев, по трещинам), а для слабых пород — общее
сопротивление сдвигу т;
—	плотность пород р.
2.5.2.	Кроме этих основных характеристик в процессе разведочных работ
необходимо изучать состав, физические и водные свойства пород, ока-
зывающие влияние на расчетные характеристики. Для скальных и полу-
скальных пород необходимо определять влажность, плотность твердого ком-
понента, пористость, а также петрографический состав. Определение проч-
ности глинистых и слабосвязных песчано-глинистых пород сопровождает-
ся изучением минералогического и гранулометрического составов, плотно-
сти твердого компонента, естественной влажности и пористости, а также
пределов пластичности, скорости и характера размокания, характера набу-
хания, максимальной молекулярной влагоемкости, проницаемости и ком-
прессионных свойств, так как сопротивление сдвигу слабых глинистых,
песчано-глинистых пород в значительной степени зависит от их влажности-
плотности.
Для прогноза развития осыпей скальных и полускальных пород в от-
косах будущего карьера при наличии естественных обнажений необходимо
определять изменение состояния пород в откосах и интенсивность осыпа-
ния пород вследствие их выветривания в откосах по методике,изложенной
в работе [20].
Перечень и объем лабораторных определений физико-механических
свойств горных пород приводятся в табл. 2.5.
Методика изучения физических и водных свойств пород является стан-
дартной, опубликована в специальной литературе [12, 17, 35] и здесь не
рассматривается.
2.5.3.	Прочность горных пород в массиве определяется по прочности
пород в образце и характеру трещиноватости пород.
Изучение прочности горных пород в образце проводится на специаль-
ных приборах в лабораторных и полевых условиях. Методика определения
показателей механических свойств горных пород (прочности), необходимых
для расчетов устойчивости откосов, излагается ниже (см. пи. 2.5.5
2.5.24).
Прочность мелкотрещиноватых породных массивов (средний размер
блоков не более 0,3 м) и прочность по плоскостям ослабления может
33
Таблица 2.5
Перечень и объем'лабораторных определений физико-механических свойств горных пород
Испытание	Испытываемые породы	Число испытаний	Краткая характеристика испытаний	Вид представлений результатов испытаний
1. Срез	Слабосвязные	От 12 до 48 для	Быстрый срез на обычных одноплоскост-	Графики сопротивления
(сдвиг)	песчаные и гли- нистые Средней проч- ности, прочные	каждого однород- ного слоя От 9 до 30 для каждого однород- ного слоя	ных срезных приборах при нормальных наг- рузках, достигающих 0,8/7r>g [39] Косой срез, угол наклона плоскости среза 60, 45, 30° [39]	срезу (сдвигу) То же
2. Трехос- ное сжатие	Слабые и сред- ней прочности	Дополнитель- ные испытания к испытаниям на срез	«Нсдренированные испытания» в стабило- метрах при боковом давлении до 0,47/pg |39|	Графики прочности породы
3. Угол ес- тественного от- коса	Сыпучие	4-6	В сухом состоянии и под водой; высота откоса не менее чем в 100 раз должна пре- вышать средний диаметр частиц [12]	Таблицы
4. Одноос- ное сжатие	Крепкие и сред- ней прочности	От 9 до 30 для каждой литологи- ческой разности	Высота образца в 2 раза больше диамет- ра. Сжатие между шероховатыми плита- ми [39]	График прочности породь
5. Предел ползучести	П есчано-глини- стые и глинистые	От 6 до 24	По методике ВНИМИ путем наблюдения деформаций при снижении напряжений до затухания ползучести |39]	Графики зависимости де- формаций и нагрузок
6. Компрес- сия и водопро- ницаемость	Глинистые	2—4 для каж- дого слоя	Компрессионные приборы диаметром 70 мм, при нагрузках до //pg; обратная ветвь до полной разгрузки и полного набу хания [12]	Таблицы и графики зави- симости коэффициента фильт- трации и плотности породы
7. Естест- венная влаж- ность и пори-	Все разновид- ности	Все образцы, перечисленные в пп. 1—6	Влажность после высушивания при 105— 110° С в течение 5—6 ч [12]	Т аблицы
стость
8. Плот ность	То же	То же		Методом непосредственных измерений об- разцов, испытываемых на срез и сжатие, методами режущих цилиндров и парафини- рования [12]
9. Плот- ность твердого компонента	Все разновид- ности	От 3 до	7	Пикнометрическим методом [12]
10. Грануло- метрический состав	Слабые песча- ные, глинистые и несвязные	От 3 до	7	Методами визуальным, ситовым, пипеточ- ным, Сабанина, комбинированным, Рутков- ского, ареометрическим [12]
11. Число пластичности	Глинистые	2—4 для каж- дого слоя		Предел текучести — методами стандарт- ным ручным, Охотина, Васильева; балан- сирного конуса Васильева, предел пластич- ности — методом раскатывания породы в проволоку [12]
12. Капил- лярная и мак- симальная мо- лекулярная влагоемкость	Глинистые и несвязные	От 3 до	7	Методами влагоемких сред, высоких ко- лонн; путем непосредственного наблюдения [12]
Таблицы
»
»

»
13. Мине- Глинистые
ральный состав сыпучие
и 1—2 для каж-
дого слоя
14 Петрогра-
фический е<
Средней проч-
ности и прочные
к а ж
1—2 для
дой литологиче-
ской разности
Иммерсионным методом, методом окраши-
вания, термическим анализом, химическим
анализом для карбонатных разностей [12,
17]
Оптическим методом в шлифах и иммер-
сионных жидкостях, электронной микроско-
пией, методом рентгенографического ана-
лиза [12, 17[
»
»
8
быть установлена методом натурных испытаний на сдвиг больших призм,
оконтуренных в местах естественного залегания таким образом, что связь
с массивом осуществляется лишь по поверхности, по которой необходимо
определить характеристики сопротивления сдвигу [6, 39]. Усилия созда-
ются гидравлическими домкратами на одной плоскости (срезаюшее уси-
лие направлено под углом 20—45° к плоскости среза) или на двух плоско-
стях (нормальные и касательные усилия относительно плоскости среза со-
здаются независимо).
Наиболее точным способом определения сопротивления сдвигу пород
в массиве является способ обратных расчетов по съемке участков естест-
венных и искусственных обрушений. Этот способ основан на положении, что
при боковом обнажении массива пород в момент обрушения сумма сил,
удерживающих массив, равна сумме сил, сдвигающих его (39]. После об-
рушения массива, когда сила сиеплеиия по наиболее слабой поверхности
перестает действовать, установление нового равновесия обрушившихся масс
наступает тогда, когда сумма сдвигающих сил уравновешивается силами
трения.
Таким образом, составляется система двух уравнений с двумя неизвест-
ными — углом внутреннего треиия и сцеплением, решение которой дает
искомые величины. Для применения этого способа необходимо знать
инженерно-геологическую обстановку на обрушаемом или оползневом
участке.
2.5.4.	Основные характеристики прочности пород, необходимые для рас-
четов устойчивости бортов карьеров и отвалов — сцепление и угол внутрен-
него трения или общёе сопротивление сдвигу,— непосредственно опреде-
ляются лабораторными испытаниями образцов на сдвиг (срез) и трехосное
сжатие по стандартным методикам [12, 23, 39].
2.5.5.	Прочность скальных, полускальных, слабых песчано-глинистых
пород может определяться также путем испытаний образцов правильной
формы на одноосное сжатие; сцепление по результатам испытаний на
одноосное сжатие определяется по формуле [39]
С=(а1ж/2) tg(45—q/2),	(2.5)
где о™ — сопротивление одноосному сжатию, <( — угол внутреннего трения
пород, определяемый по табл. 2.6.
2.5.6.	При исследовании физико-механических свойств горных пород в ла-
бораторных условиях не всегда удается испытать все разности пород вслед-
ствие того, что при отборе, парафинировании, транспортировке и при даль-
нейшей обработке слабые трещиноватые разности полускальных песчано-
глинистых пород разрушаются. В связи с этим такие породы необходимо
испытывать в полевых условиях сразу же после извлечения керна из
скважин или после отбора образцов из забоя.
В полевых условиях при невозможности подготовки образцов правиль-
ной формы для стандартных испытаний следует применять приближенные
методы определения прочности пород, уступающие по точности методам
испытаний образцов правильной формы, но отличающиеся сравнительной
простотой и доступностью.
36
Таблица 2.6
Пределы изменения значений углов
внутреннего трения пород
Породы""	Г~Угол внутреннего трения
Аргиллиты	20—26°
Алевролиты	25—32
Песчаники	30—38
Гравелиты	33—38
Конгломераты	31—35
Методы полевых опробований дают возможность испытывать большое
число образцов непосредственно в полевых условиях, что позволяет сокра-
тить объем перевозки образцов в стационарные лаборатории. Рекомендуе-
мые полевые испытания образцов горных пород на прочность можно раз-
делить на следующие виды:
—	испытания образцов правильной формы на срез и одноосное сжатие;
—	испытания образцов полуправильной формы на сжатие;
—	испытания образцов неправильной формы;
—	методы косвенного определения прочности.
2.5.7.	В полевых условиях испытания на срез и одноосное сжатие
образцов правильной формы можно осуществлять для однородных песчано-
глинистых пород, имеющих сцепление менее 1,0 МПа. Испытания на срез
производятся на косом срезном приборе конструкции ВНИМИ, вмонтирован-
ном в станину с винтовой передачей давления. С помощью полевых гидрав-
лических прессов, а также с помощью динамометрических прессов можно
испытывать на сжатие образцы правильной формы. В качестве примера
динамометрических приборов можно привести прибор ВНИМИ с винтовой
передачей давления и прибор, сконструированный в НИИ оснований и под-
земных сооружений [15].
2.5.8.	К методам испытания образцов полуправильной формы относятся
следующие: 1) метод определения прочности пород при одноосном сжатии
с использованием зубчатых накладок, разработанный во ВНИМИ С. Т. Куз-
нецовым и Ю. Г. Кротовым [21 ]; 2) метод М. И. Койфмана, по которому
образцы в виде пластин с двумя параллельными обработанными плоскостя-
ми испытываются на растяжение, а затем образцы этих же пород в форме
кубиков испытываются на сжатие |7].
2.5.9.	К полевым методам испытаний образцов неправильной формы от-
носятся следующие: 1) метод, разработанный М. М. Протодьяконовым
(младшим) и В. С. Вобликовым [30], испытания состоят в раздавливании
на прессе образцов неправильной формы определенного объема; 2) испы-
тания образцов произвольной формы на приборе-пробнике БУ-39 конструк-
ции ВНИМИ, позволяющем определять прочность горных пород на растя-
жение и модуль упругости пород [23, 25]. Согласно проведенным исследо-
ваниям испытания на приборе БУ-39 кроме удобства в отборе и изготовлении
образцов имеют еще ряд преимуществ перед методом М. М. Протодьяконова
и В. С. Вобликова.
2.5.10.	К полевым методам косвенного определения прочности отно-
сится множество методов определения механических свойств пород посред-
ством вдавливания различной формы инденторов.
37
2.5.11.	Полевые испытания физико-механических свойств пород допол-
няются испытаниями образцов правильной формы на срез, одноосное и
трехосное сжатие в лабораторных условиях.
2.5.12.	Сопротивление сдвигу по поверхностям ослабления определяет-
ся как в лабораторных условиях на специальных сдвиговых приборах
конструкции ВНИМИ (рычажный срезной прибор [39] и сдвиговой прибор
БП-27 с гидравлической системой), так и в полевых условиях путем натур-
ных испытаний.
В лабораторных условиях испытания производятся по ровным контактам
слоев и трещин, представляющим собой парные образцы, зацементирован-
ные в бетонные оболочки таким образом, чтобы скольжение происходило
по естественному контакту. Испытания одной и той же пары поверхностей
производят при 3—4 нормальных напряжениях и по полученным резуль-
татам строится зависимость сдвигающих и нормальных напряжений,
представляющая собой, как правило, прямую линию, угол наклона которой
соответствует углу трения по поверхности испытанного контакта.
Угол трения по поверхностям ослабления зависит от литологического
состава пород и физических характеристик контактирующих поверхностей
(ровности, шероховатости, наличия налета на контакте и т. д.) и чаще всего
имеет значения от 10 до 25°.
Сцепление по естественным поверхностям ослабления, по которым на-
блюдаются следы скольжения, можно принимать 0,02—0,05 МПа, сцепле-
ние смерзшихся контактов может составлять 0,1—0,2 МПа.
2.5.13.	Основными методами испытаний песчано-глинистых пород для
определения показателей сопротивления сдвигу являются испытания на
срез (сдвиг) и трехосное сжатие [12, 13, 39].
К испытаниям песчано-глинистых пород предъявляются более жесткие
требования, чем к испытаниям скальных и полускальных пород. Методика
испытаний глинистых пород существенно влияет на получаемые результаты.
Большое значение имеет также и применяемая аппаратура.
Наиболее распространен в настоящее время метод испытания пород
в срезных приборах; в инженерно-геологических лабораториях применяются
приборы: одноплоскостные двухрычажные (Гидропроекта, Маслова —
Лурье и др ), одноплоскостные «косого среза» (ВНИМИ и др.), сдвиговой
прибор СПФ-2.
Испытание пород на трехосное сжатие проводится в стабилометрах
различных конструкций.
2.5.14.	При изучении прочности пород для оценки их устойчивости
в бортах карьеров или в отвалах схема проведения испытаний песчаных
и глинистых пород должна отвечать двум основным требованиям:
1)	испытуемый образец.должен иметь такое исходное состояние (плот-
ность— влажность), которое он будет иметь в борту карьера, в основании
отвала или в самом отвале;
2)	исходное состояние образца должно сохраняться до конца проведе-
ния испытаний.
2.5.15.	Перед испытаниями на срез и в стабилометре образцы песчано-
глинистых пород, которые в процессе бурения и отбора могли разуплот-
ниться (вследствие чего в процессе компрессионных испытаний при на-
38
грузках менее природных образцы оказываются сжимаемыми), выдержи
ваются в уплотнителях под природными нагрузками до полной стабилиза-
ции; неразуплотненные породы срезаются без предварительного уплот-
нения.
2.5.16.	Испытания на срез производятся при 3—4 нормальных нагрузках,
из которых максимальная должна составлять не менее 80% от веса выше-
лежащей толщи пород без учета гидростатического взвешивания, а мини-
мальная 15—20%. Все испытания на срез и в стабилометре должны произ-
водиться без оттока поровой воды по схеме быстрого среза (недрениро-
ванное испытание); касательные нагрузки (при срезе) и осевые (при сжа-
тии) даются ступенями через 60 с с отсчетом деформаций через 30 с;
общее число ступеней должно находиться в пределах 8—14.
2.5.17.	В связи с разгрузкой глинистых пород при вскрытии и дополни-
тельным увлажнением подземными или поверхностными водами происходит
их набухание и разупрочнение. Поэтому для расчета устойчивости нерабочих
бортов и в особенности уступов необходимо определить сопротивление
сдвигу глинистых пород с учетом набухания и разупрочнения. Для этой
цели испытания на срез производятся с предварительным набуханием
образцов в уплотнителе под водой при различных нормальных напряжениях;
испытания жирных плотных глин производятся при нормальных напря-
жениях 0,05; 0,1; 0,3; 0,5 МПа, а испытания песчаных глин при 0,1; 0,2 и
0.3 МПа. Нормальная нагрузка при срезе набухших образцов во избежание
отжима воды и выдавливания породы в зазор между коробками уменьшает-
ся иа 20—30% по сравнению с нагрузкой в уплотнителе. По результатам
таких испытаний строится кривая зависимости т=/(оп), по которой ведется
расчет устойчивости на тех участках поверхности скольжения, где возникает
разупрочнение пород. Необходимое число таких испытаний составляет 3—4
при каждом нормальном напряжении.
2.5.18.	Значение стандартной прочности пород используется при расчете
устойчивости бортов небольшого срока службы, для расчета же устойчиво-
сти бортов длительного срока службы необходимо знать длительную проч-
ность пород.
Под длительной прочностью горных пород следует понимать предел
длительной прочности, соответствующий наибольшему напряжению, при ко-
тором деформации ограничиваются затухающей ползучестью и не наступает
разрушения при бесконечно длительном времени Бездействия напряжения.
2.5.19.	Применительно к оценке устойчивости бортов карьеров рекомен-
дуются следующие методы установления длительной прочности горных по-
род:
а)	по графику зависимости между напряжениями (касательными в срез-
ном приборе и вертикальными в стабилометре) и деформациями, вызван-
ными этими напряжениями, отстраиваемыми на основе испытаний горных
пород на срез, сжатие, «косой срез»; такой способ является приближен
ным и не всегда возможным, так как у большинства песчано-глинистых
пород наблюдается постепенный плавный переход из зоны упругих дефор-
маций в зону деформаций ползучести, в связи с чем не всегда можно по
графику определить точку перегиба кривой [12, 39];
39
Таблица 2.7
Значение коэффициента длительной прочности пород
Породы	Временное сопротивление идноосном\ сжатию, МПа	Коэффициент ДЛ ИТОЛЬНОЙ прочности, V
Суглинки	<0,2	0,40
	0,4	0,70
Глины	<0,3	0,40
	0,6	0,60
	1,0 -2,0	0,70
Аргиллиты	<1,0	0,60
	2,0	0,65
	4,0	0,70
	5,0	0,75
	10,0-20,0	0,80
Алевролиты	<1,0	0,65
Песчаники	2,0	0,70
Конгломераты	5,0	0,75
Выветрелые разности изверженных и метамор-	10,0	0,80
фических пород	15,0-50,0	0,85
Крепкие породы: изверженные и метаморфн-	60,0—100,0	0,90
ческие породы, кварцевые и железистые песча-	>100,0	0,95
ники, известняки, сидеритизированные аргилли-
ты, кристаллические и слюдистые сланцы
б)	метод испытания пород в ползуче-релаксационном режиме в стаби-
лометрах и в опытах на «косой срез» и одноосное сжатие; на образец породы
через динамометр типа ДС передается вертикальная нагрузка до момента
возникновения в образце деформаций ползучести, затем прекращается по-
дача вертикальной нагрузки и ведется наблюдение за деформацией и сни-
жением напряжений; напряжение, при котором прекращается рост дефор-
маций, принимается за предел длительной прочности горной породы |9];
в)	методом разгрузки касательного напряжения при проведении испы-
таний в срезных приборах; ход испытаний по этой схеме сводится к сле-
дующему. Сначала испытание ведется обычным способом по схеме быстрого
сдвига с фиксацией сдвигающих напряжений и деформаций до тех пор,
пока скорость деформаций не достигает 2—3 мкм/с, после этого произво-
дится уменьшение сдвигающих напряжений мелкими ступенями до полного
затухания деформаций сдвига; значение касательного напряжения, при ко-
тором прекращается рост деформаций сдвига, принимается за предел
длительной прочности; продолжительность опытов на срез с разгрузкой по
сравнению со стандартными испытаниями увеличивается на 4—5 мин;
метод рекомендуется для ориентировочной оценки предела ползучести.
Выполненными ВНИМИ исследованиями установлено, что предел дли-
тельной прочности у песчано-глинистых пород составляет от 40 до 85%
от предельной стандартной прочности.
2.5.20.	В тех случаях, когда длительные испытания провести не пред-
ставляется возможным, коэффициент длительной прочности можно прини-
мать в зависимости от прочности на одноосное сжатие по табл. 2.7 [9].
40
2.5.21.	Для получения длительной прочности пород прочных и средней
прочности коэффициент длительной прочности пород >| вводится в значение
сцепления (угол внутреннего трения этих пород в длительных испытаниях
практически не изменяется); для слабых песчано-глинистых пород коэф-
фициент г] вводится в значения сцепления и угла внутреннего трения или
в общее сопротивление сдвигу.
2.5.22.	Длительная прочность по контактам определяется для контактов
глинистых пород и контактов многолетнемерзлых пород, заполненных
льдом, по методике, изложенной в литературе [9].
2.5.23.	Для оценки длительной устойчивости и возможных деформаций
бортов разрезов необходимо определять деформационные свойства горных
пород. В связи с тем что деформирующийся прибортовой массив претер-
певает деформации сдвига, для определения деформационных свойств по-
род следует проводить испытания образцов пород на сдвиг.
Результатом определения деформационных характеристик пород явля-
ется график зависимости между деформациями сдвига и касательными
напряжениями, вид которого обусловлен литологическим составом и проч-
ностью пород, пластичностью, нормальными напряжениями н скоростью
деформирования В связи с этим при деформационных испытаниях пород
скорость деформирования в процессе эксперимента должна быть постоян-
ной; существующая в настоящее время аппаратура позволяет выполнять
это требование для пород любой прочности.
2.5.24.	Учитывая, что горные породы в откосе деформируются совместно
(исключение составляет массив с резко различными деформационными
характеристиками пород, когда при определенном расположении слоев
в откосе они работают самостоятельно, что встречается довольно редко),
при расчетах устойчивости бортов многослойного массива необходимо
учитывать совместную работу слоев с различными деформационными
характеристиками.
Предельное сопротивление сдвигу слоистой толщи всегда меньше суммы
сопротивлений сдвигу отдельных слоев.
Методика определения общего сопротивления сдвигу вкрест наслоения
многослойной толщи, представленной породами с различными деформа-
ционными свойствами, приведена в литературе ]9].
2.5.25.	Для определения расчетным путем параметров отвалов и оценки
их устойчивости необходимо изучать сопротивление сдвигу основания отва-
лов, представленных слабыми глинистыми породами, и сопротивление сдви-
гу отвальных пород, также представленных глинистыми породами. Методи-
ка и число испытаний образцов, отобранных из основания отвалов, регла-
ментируется пп. 2.5.15—2.5.18, 2.4.
2.5.26.	Сопротивление срезу отвальных пород глинистого состава опре-
деляется на обычных срезных приборах по следующей методике:
—	из образцов вскрышных пород естественной структуры и влажности
нарезается стружка размером 2—5 мм;
—	затем составляются смеси этой стружки в такой пропорции, в какой
различные слои вскрышных пород будут перемешиваться в отвалах, при
селективном отвалообразовании испытаниям подвергаются все литоло-
гические разности в отдельности;
41
—	составленные смеси пород укладываются в уплотнители (или уплот-
няются в срезных приборах) и выдерживаются в течение 1—2 ч при
3—4 нормальных нагрузках в зависимости от напряжения, испытываемого
породой в отвале (максимальная уплотняющая нагрузка не должна пре-
вышать ту, при которой появляется высачивание воды при уплотнении),
а затем срезаются при нормальных нагрузках в 1,5 раза меньше уплотняю-
щих, при испытаниях на срез определяется предел ползучести;
—	затем испытания повторяются при влажности, на 2—6% превышаю-
щей естественную в связи с тем, что в нижней части отвалов возможно до-
полнительное увлажнение, которое приводит к уменьшению сопротивления
срезу.
Наиболее слабые разности отвальных пород, кроме того, испытываются
отдельно по той же методике. Если при одной из заданных нормальных
нагрузок при срезе появляется высачивание воды, то сопротивление сдвигу
при предыдущей нормальной нагрузке считается максимальным, и при всех
последующих нормальных нагрузках испытания не производятся.
2.5.27.	Испытания отвальных пород, представленных смесью глин и
грубообломочных твердых пород, необходимо производить в приборах с уве-
личенной площадью среза, также не допуская при этом отжима воды;
рекомендуется соотношение диаметра срезной коробки и диаметра наибо-
лее крупных твердых включений не менее 15.
По результатам испытаний литологических разностей и смесей отваль-
ных пород строятся графики сопротивления срезу в зависимости от нор-
мальных нагрузок, которые используются при расчете устойчивости отвалов.
2.5.28.	Физико-механические свойства мерзлых * пород значительно от-
личаются от свойств пород в талом состоянии.
Для расчетов устойчивости бортов и уступов карьеров, сложенных мно-
голетнемерзлыми породами, физико-механические характеристики, входя-
щие в расчетные формулы (см. п. 2.5.1), необходимо получить как для та-
лых, так и для мерзлых пород. Это вызвано тем, что устойчивость отдельных
уступов в летний период (при оттаивании пород) будет определяться
прочностью талых пород. Устойчивость же бортов карьеров в целом будет
определяться прочностью мерзлых пород, так как наиболее слабая поверх-
ность расположена на расстоянии нескольких (или десятков) метров от
поверхности откоса [18]. При наличии в толще многолетнемерзлых пород
таликов для этих участков, а также при островном развитии многолетней
мерзлоты устойчивость бортов карьеров будет определяться прочностью
талых пород.
* Горные породы называют мерзлыми, если они имеют отрицательную или
нулевую температуру и содержат лед. Мерзлые породы подразделяются на сезонно-
и мпоголетнемерзлые.
Горные породы называют морозными (или охлажденными), если они имеют от-
рицательную температуру, но не содержат льда. Например, маловлажпые сыпучие
песчаные, гравийные и галечниковые, сухие скальные и полускальные породы, а также
породы, насыщенные минерализованными водами (в последнем случае породы назы-
вают переохлажденными). Физико-механические свойства морозных пород при
отрицательной температуре не меняются, но необходимо учитывать их температурное
состояние.
42
Основными расчетными характеристиками, необходимыми для тепло-
физических расчетов, являются характеристики теплофизических свойств
мерзлых и талых пород: объемная теплоемкость Ст и коэффициент тепло-
проводности X.
Кроме этих основных характеристик в процессе разведочных работ
необходимо определять другие показатели физических свойств пород, ока-
зывающие влияние на основные характеристики: влажность, плотность
твердого компонента, пористость, температуру и льдистость.
Для прогноза изменения состояния и прочности скальных и полу-
скальных пород в откосах будущего карьера необходимо определять по-
казатели, характеризующие водные свойства этих пород: размягчаемость
(водоустойчивость) и влагоемкость, а также показатель, определяющий вли-
яние воды и отрицательной температуры — морозостойкость.
2.5.29.	Прочность пород (в том числе скальных и полускальных) в мерз-
лом состоянии обычно выше прочности тех же пород в талом состоянии.
Мерзлые породы обладают явно выраженными реологическими свойствами.
Обобщающее уравнение предельного равновесия для мерзлых пород в об-
щем виде можно выразить следующей зависимостью:
т(У, /)=С(Л П + о tg <|>(Т, /).
где т(7", t) —предельное сопротивление сдвигу, переменное во времени Т
и зависящее от температуры t, МПа; С(Т, t) сцепление, переменное во
времени и зависящее от температуры, МПа; /) угол внутреннего тре-
ния, переменный во времени и зависящий от температуры, градус; а —
нормальное напряжение, МПа.
2.5.30.	Угол внутреннего трения скальных и полускальных пород, а так-
же песчаных и песчано-глинистых пород в мерзлом состоянии можно при-
нимать равным углу внутреннего тр.ения пород в талом состоянии. Также
можно принимать равными углы внутреннего трения мерзлых скальных и
полускальных пород, полученные на основании длительных и кратковремен-
ных испытаний. Сцепление этих мерзлых пород в образце при известном
значении угла внутреннего трения пород в талом состоянии определяется
по результатам испытаний мерзлых образцов на одноосное сжатие по
формуле (2.5).
2.5.31.	Для исследований физико-механических свойств мерзлых пород
в лабораторных условиях образцы мягких связных, рыхлых несвязных и
многих полускальных пород можно транспортировать только в мерзлом
состоянии (в специальных холодильниках-контейнерах); в связи с этим та-
кие породы предпочтительнее испытывать в полевых условиях. Виды поле-
вых испытаний образцов горных пород рассмотрены в п. 2.5.6.
Испытания многолетнемерзлых пород необходимо проводить при тем-
пературе, равной или близкой к естественной температуре пород, или
проводить их в течение короткого промежутка времени, чтобы естествен-
ная температура образцов практически не изменялась. Наиболее подходят
для проведения полевых испытаний подземные разведочные выработки
(штольни, шурфы и т. д.). При отсутствии подземных выработок испытания
в зимнее время следует проводить в помещениях (особенно удобно в поме-
щениях при буровой), палатках, температура в которых доводится до
43
близкой к естественной температуре пород. При бурении летом, а также
зимой при отсутствии подходящих температурных условий необходимо
проводить кратковременные испытания сразу же после выемки керна
из скважины или отбора кусков породы из скважин, обнажений.
Наряду с изучением прочности в полевых условиях должны опре-
деляться естественная (обшевесовая) влажность-льдистость пород и
плотность.
2.5.32.	Полевые исследования физико-механических свойств дополня-
ются исследованиями свойств пород в мерзлом и талом состоянии в ла-
бораторных условиях. В лабораторных условиях проводятся испытания на
срез, одноосное и трехосное сжатие. Лабораторные испытания пород в мерз-
лом состоянии проводятся при соответствующих естественных температу-
рах.
2.5.33.	Сопротивление сдвигу по поверхностям ослабления в мерзлых
породах определяется по методике длительных испытаний при температуре,
близкой к естественной.
2.5.34.	Учитывая многокомпонентность массива многолетнемерзлых гор-
ных пород (в простейшем случае двухкомпонентность—порода и лед),
зависимость его прочности от температуры, на стадии разведочных работ
при наличии подземных выработок, в которых массив находится в естествен-
ных температурных условиях, необходимо проводить натурные испытания
прочности пород в мерзлом массиве.
2.5.35.	Определение показателей физических свойств мерзлых пород
плотности, плотности твердого компонента, влажности-льдистости, льдисто-
сти — производится общепринятыми методами [12, 34, 36, 42].
2.5.36.	Теплофизические свойства горной породы зависят от ее влажно-
сти, плотности, гранулометрического состава, сложения и температуры и
должны определяться в полевых условиях посредством измерений темпе-
ратур в скважинах [19]; при отсутствии возможности определить коэф-
фициент теплопроводности и теплоемкости горных пород в полевых усло-
виях их значения берутся из справочников. Лабораторные методы опре-
деления теплофизических характеристик на образцах естественного сложе-
ния и влажности изложены в работе [34].
2.5.37.	Для решения некоторых специальных технологических вопросов,
Например для выбора типа горнотранспортиого оборудования и техноло-
гических схем отработки месторождения, необходима оценка пород по
условиям проходимости горных машин, прилипанию и примерзанию грун-
тов, сопротивлению пород резанию.
Для прогноза условий проходимости горных машин, оцениваемых по
просадкам и выдавливанию пород из-под опорных элементов конструкций,
достаточно показателей физико-механических свойств, перечисленных в
пн. 2.5.1 и 2.5.2. При этом следует иметь в виду, что методика лабораторных
испытаний отвальных пород на компрессию (уплотнение) и сдвиг отли-
чается от стандартной подготовкой материала к испытаниям, заключаю-
щейся в измельчении кусков породы до крупности не более 1/10 диаметра
прибора (при сохранении ненарушенными микроструктурных особенностей
кусков отвальной смеси).
44
Для прогнозирования налипания глинистых и песчано-глинистых пород
кроме физико-механических свойств, перечисленных в пп. 2.5.1 и 2.5.2,
необходимо определять гигроскопическую влажность грунтов.
Для оценки степени липкости глинистых и песчано-глинистых грунтов
необходимы данные по химическому составу грунтов (состав поглощенных
катионов и их емкость) и тиксотропные свойства грунтов (испытания грун-
та на прилипаемость проводятся в приборе УИЛ-2 [10, 17|).
Для оценки сопротивления резанию пород необходимо определять по-
казатель контактной прочности пород, который получается путем вдавлива-
ния цилиндрического штампа (индентора) в необработанную поверхность
образца породы и представляет собой отношение средней нагрузки в мо-
мент хрупкого разрушения к площади основания индентора [1].
2.6.	Изучение трещиноватости горных пород
2.6.1.	Изучение трещиноватости горных пород является неотъемлемой
частью исследований инженерно-геологических условий, выполняемых на
всех стадиях разведки месторождений, предназначенных к разработке от-
крытым способом.
При изучении трещиноватости горных пород для оценки влияния ее на
устойчивость бортов и уступов разрезов необходимо определять:
1)	число систем трещин и частоту трещин в каждой системе;
2)	взаимное расположение систем трещин для установления формы сла-
гающих массив блоков;
3)	элементы залегания плоскостей ослабления (слоистости, сланцева-
тости, контактов пород, крупных тектонических трещин и нарушений),
ориентировка в пространстве ступенчато расположенных трещин отдель-
ностей не влияет на устойчивость бортов карьеров;
4)	характер поверхностей ослабления (ровность, шероховатость) и за-
полняющего материала.
Для прогноза трещиноватости пород необходимо дополнительно изу-
чать:
1)	генезис трещин (тектонические, литогенетические, выветривания);
2)	микроразрывы, которые, за редким исключением, наследуют структу-
ры крупного плана и могут быть использованы для их диагностики.
2.6.2.	Изучение трещиноватости горных пород в период разведки осу-
ществляется по керну скважин и обнажениям (естественным и в горных
выработках), геофизическими методами и методами аналогий. (Горные
выработки — штольни, шурфы, штреки, канавы, проходимые в период раз-
ведки месторождений для качественной оценки углей,— должны широко ис-
пользоваться для изучения не только трещиноватости, но и всех других
факторов, оказывающих влияние на устойчивость откосов).
2.6.3.	Изучение трещиноватости в обнажениях и по керну должно вклю-
чать в себя не только определение частоты трещин и элементов их залегания,
но и тщательное описание поверхностей ослабления (шероховатые или
гладкие, ровные или волнистые) и заполняющего их материала, которое
позволяет при недостаточном числе испытаний для пород данного место-
рождения взять характеристики сопротивления сдвигу по контактам по-
45
верхностей ослабления по данным испытаний пород на других месторож-
дениях.
В естественных и искусственных обнажениях необходимо документиро-
вать форму и размеры слагающих массив блоков, так как именно эти
элементы определяют устойчивость трещиноватого массива горных пород в
бортах карьера; при этом форма блоков определяется относительным рас-
положением трещин, а размеры — частотой трещин, т. е. числом трещин
одной системы, приходящихся на один линейный метр в направлении, пер-
пендикулярном к трещинам; в этом случае число трещин выражает ин-
тенсивность данной системы трещин. Интенсивность трещиноватости мас-
сива определяется как средняя из интенсивности трех систем, близких
к взаимно перпендикулярным, и более интенсивных.
2.6.4.	Наличие в массиве горных пород трещин, разбивающих его на
отдельные блоки, приводит к значительному снижению прочности пород
в массиве по сравнению с прочностью пород в образце. Показатель сни-
жения прочности пород в массиве за счет трещиноватости пород называется
коэффициентом структурного ослабления, равным отношению прочности
пород в массиве См к прочности пород в образце С:
ь=с„/с.
Его значение зависит от соотношения между размерами отдельных бло-
ков, ограниченных трещинами, и размерами деформируемого массива и мо-
жет быть получено из выражения:
Х= 1/ |1 +а In (HW)],
где Н — высота борта, м; W - средняя интенсивность трещиноватости,
1/м; а — коэффициент, зависящий от прочности породы в монолитном
образце и характера трещиноватости
Значения коэффициента а для различных пород приводятся в табл. 2.8.
2.6.5.	Геофизические методы разведки (гамма-каротаж, различные ва-
рианты электроразведки) позволяют по скважинам определять контакты
пород, мощность слоев и наличие трещин. Полную характеристику структу-
ры массива можно получить только при сочетании геофизических методов
разведки с другими методами.
2.6.6.	Метод аналогий в изучении трещиноватости заключается в накоп-
лении и обобщении данных о характере и интенсивности трещиноватости
массивов горных пород, имеющих аналогичные генезис и тектонику.
Обобщение данных по изучению трещиноватости массива горных пород
на большинстве действующих угольных разрезов нашей страны показало,
что интенсивность трещиноватости зависит от мощности слоев пород, сла-
гающих массив, и его дислоцированности.
Простые условия залегания слоев сопровождаются, как правило, на-
личием трех нормальносекущих систем трещин, которые образуют прямо-
угольные блоки пород, соизмеримые с мощностью слоев.
При средней сложности залегания слоев наблюдаются 4—5 систем тре-
щин, в том числе и кососекущие; сложные условия залегания слоев харак-
46
Таблица 2.8
Значения коэффициента а для различных пород
Группа порол	Породы н характер трещиноватости	Сцепление в монолите. МПа	Коэффици- ент а
III	Слабоуплотненные и слаботрешиноватые пес-	0,4—0,9	0,5
	чано-глинистые отложения; сильновыветрелые, полностью каолииизированные изверженные породы Уплотненные песчано-глинистые породы, в ос- новном нормальпосекущей трещиноватости	1,0—2.0	2
II	Сильно каолинизированные изверженные по-	3,0—8,0	2
	роды Уплотненные песчано-глинистые породы с развитой кососекущей трещиноватостью, каоли- низированные изверженные породы	3,0—8,0	3
	Средней прочности слоистые породы, преиму-	10,0—15,0	3
	щественно нормальносекущей трещиноватости	15,0—17,0	4
		17,0—20,0	5
I	Прочные породы, преимущественно нормаль-	20,0— 30,0	6
	носекущеи трещиноватости	>30,0	7
	Прочные изверженные породы с развитой кососекущей трещиноватостью	>20,0	10
теризуются наличием большого числа систем трещин (до 9 и более), раз-
лично ориентированных относительно напластования.
2.7.	Основные требования к гидрогеологической
изученности
2.7.1.	Гидрогеологические исследования в период разведки месторожде-
ния должны охарактеризовать степень обводненности месторождения, оце-
нить возможное влияние подземных и поверхностных вод на условия
ведения открытых горных работ, дать анализ возможных методов борьбы
с этим влиянием. Для этого должны быть получены достоверные сведения
по следующим основным вопросам [38]:
1)	число, мощность и состав водоносных горизонтов н разделяющих
водоупоров, положение их в плане и разрезе;
2)	данные о поверхностных водоемах и реках и об их связи с подземны-
ми водами;
3)	условия питания, разгрузки и взаимосвязи основных водоносных
горизонтов;
4)	физические и водные свойства водоносных и водоупорных пород;
5)	уровенный режим водоносных горизонтов;
6)	фильтрационные параметры водоносных горизонтов, а в ряде случаев
и относительных водоупоров;
7)	химизм вод, температура.
2.7.2.	Граница гидрогеологического изучения района месторождения
обычно значительно шире границы инженерно-геологических исследований.
47
Необходимая площадь гидрогеологического изучения зависит от границ об-
ласти фильтрации [38].
Изучение гидрогеологических условий может ограничиваться площадью
месторождения, исследуемой в процессе детальной (геологической) раз-
ведки полезного ископаемого, лишь на месторождениях с простыми гидро-
геологическими условиями. В других случаях исследования проводятся иа
большей площади, которая распространяется до границ области фильтра-
ции, если их можно определить по данным предварительной разведки
с необходимой достоверностью. В противном случае, а также при значитель-
ной удаленности границ области фильтрации изучение должно охватывать
область в пределах влияния строительного водопонижения.
2.7.3.	В общем случае предполагаемая глубина изучения гидрогеологи-
ческих условий, как правило, превышает глубину залегания почвы пласта
полезного Ископаемого (который намечается отрабатывать открытым спо-
собом). При проектировании детальной разведки глубина изучения гидро-
геологических условий устанавливается с таким расчетом, чтобы изучением
были охвачены водоносные слои лежачего бока, непосредственно подсти-
лающие полезное ископаемое или отделенные от него водоупором, если
мощность его невелика и он не может предотвратить прорыв воды в карьер
или исключить влияние данного водоносного горизонта на устойчивость
бортов карьера. В этот период должны изучаться все указанные водоносные
горизонты лежачего бока независимо от степени их водообильности.
2.7.4.	С целью предварительной оценки фильтрационных свойств
водоносных пород иа стадии предварительной разведки проводятся проб-
ные откачки из разведочных скважин.
2.7.5.	На основе анализа материалов разведочного бурения, сопровож-
даемого гидрогеологическими наблюдениями, должна быть составлена об-
щая схема гидрогеологического строения месторождения (число и мощ-
ность водоносных горизонтов, состав и свойства водоносных пород, условия
их залегания в плане и в разрезе, уровни выделенных водоносных горизон-
тов, ориентировочные представления о степени взаимосвязи выделенных во-
доносных горизонтов, а также об условиях их питания, в частности их связи
с поверхностными водами).
2.7.6.	На основе схемы гидрогеологического строения месторождения со-
ставляется проект опытно-фильтрационных работ (кустовые и одиночные
откачки), которые проводятся на стадии детальной разведки с целью опре-
деления фильтрационных параметров выделенных водоносных горизонтов
(водопроводимости, коэффициентов фильтрации пород, пьезопроводности,
упругой или гравитационной водоотдачи), взаимосвязи между смежными
водоносными горизонтами, характеристик связи водоносных горизонтов
с поверхностными водами.
2.7.7.	При проведении опытных откачек производится отбор проб воды
для определения химического состава, агрессивности вод по отношению
к бетону и металлу, а также состава и количества растворенного газа.
2.7.8.	Для выявления с необходимой достоверностью ряда гидрогео-
логических факторов (сезонные колебания напоров и уровней водоносных
горизонтов, связь водоносных горизонтов с поверхностными водоемами и
водотоками и др.) проводятся режимные наблюдения.
48
2.7.9.	Проведение долговременных кустовых откачек и обслуживание
наблюдательных скважин в многолетнемерзлых породах требуют приме-
нения специальных технических мероприятий.
Изучение гидрогеологических условий месторождений в процессе раз-
ведочных работ должно проводиться в соответствии с методическими
работами и специальной литературой [22, 38, 41], которые определяют
содержание и объемы гидрогеологических исследований.
3.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ
И СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА
3.1.	Оформление материалов полевых
и лабораторных исследований
3.1.1.	Все данные, получаемые при полевых и лабораторных наблюде-
ниях и испытаниях, заносятся в первичные полевые или лабораторные
журналы (журнал отбора образцов из скважин и горных выработок, журнал
изучения трещиноватости, журнал испытаний на срез и сжатие и т. д.),
форма которых должна соответствовать составу получаемых данных.
3.1.2.	По мере накопления данных полевых и лабораторных наблюде-
ний и испытаний проводится их анализ и строятся круговые точечные ди-
аграммы трещиноватости (рис. 3.1), графики сопротивления сдвигу, графи-
ки деформаций при испытаниях на срез и сжатие, графики изменения не-
которых свойств горных пород с изменением глубины их залегания, графики
рассеяния влажности, гранулометрического состава и пр.
3.1.3.	По данным испытаний всех разновидностей пород составляются
инженерно-геологические колонки скважин, сводные ведомости результатов
испытаний, в которых также отображается различие свойств одноименных
горных пород по площади распространения и по глубине залегания.
3.1.4.	При составлении инженерно-геологических разрезов, характеризу-
ющих однородные в структурно-тектоническом и литолого-петрографиче-
ском отношении участки месторождения, отображается распространение
всех инженерно-геологических слоев (или комплексов) *; на разрезах
наносятся предполагаемый контур бортов (углы наклона которых ориенти-
ровочно принимаются по табл. 2.1), уровни грунтовых вод, мощность рас-
пространения многолетнемерзлых пород.
На инженерно-геологическую карту месторождения наносятся разведоч-
ные и инженерно-геологические скважины и горные выработки (шурфы,
штольни, канавы); места отбора образцов, измерения трещиноватости и пр,
* Инженерно-геологические слои однородны но литологическому составу и вы-
держаны по физико-механическим свойствам слагающих их пород. В связи с тем,
что раздельный учет всех слоев пород значительно затрудняет расчеты устойчивости,
породы объединяют в отдельные инженерно-геологические комплексы, характеризую-
щиеся сходством условий их образования, залегания и физико-механических
свойств [16].
49
о
Рис. 3.1. Пример круговой точечной диаграммы трещи-
новатости, показывающей распределение измеренных
трещин.
Каждая точка показывает два элемента ориентировки трещин, азимут
простирания и угол падения.
границы распространения различных разновидностей пород, границы зоны
выветриваниягтектонические нарушения, элементы залегания слоев и основ-
ных систем трещин; границы распространения многолетнемерзлых пород;
предполагаемые границы участка открытых работ.
3.1.5.	На основе полученных данных производится инженерно-геологи-
ческое районирование месторождения для целей оценки устойчивости бор-
тов карьеров и рассчитываются утлы наклона бортов карьеров для кон-
кретных инженерно-геологических условий участка |24].
3.2.	Содержание отчета
3.2.1.	В специальном разделе или в отдельной части общего отчета
о разведке месторождений обобщаются результаты всех проведенных работ
по изучению инженерно-геологических и геокриологических условий (3, 5].
3.2.2.	На основе геологического строения месторождения с учетом гене-
тических, стратиграфических признаков пород дается общая характеристика
инженерно-геологических условий месторождения, предназначенного к раз-
работке открытым способом: литолого-петрографический состав пород вы-
деленных инженерно-геологических слоев или комплексов, их мощность и
выдержанность, условия их залегания, тектоническая нарушениость, наличие
зоны выветривания на месторождении, ее распространение по площади и
глубине, трещиноватость пород и ее изменение по площади и глубине;
наличие зон тектонического дробления, физико-механические свойства
пород, гидрогеологические условия.
50
3.2.3.	Приводится перечень видов и объемов инженерно-геологических
(и инженерно-геокриологических) работ, выполненных при разведке место-
рождений, с указанием применявшейся методики.
3.2.4.	Дается характеристика физико-механических свойств вмещающих
полезное ископаемое пород, покровных отложений, полезного ископаемого
по результатам полевых и лабораторных исследований с указанием
методики; приводятся показатели состава, водно-физических и механиче-
ских (прочностных) свойств пород; при этом выделяются свойства наибо-
лее слабых пород, слабых контактов, их выдержанность в плане и в разрезе;
определяются свойства пород различной степени выветрелости.
3.2.5.	Инженерно-геологический прогноз условий разработки месторож-
дения с учетом гидрогеологических факторов, включающий разделение
месторождения на участки (инженерно-геологическое районирование) с
целью оценки устойчивости бортов будущего карьера; установление ориен-
тировочных или определение расчетных углов наклона бортов; прогноз
изменения сопротивления сдвигу при изменении напряженного состояния
массива (в связи с разуплотнением, набуханием и т. д.).
3.2.6.	Содержание этого раздела отчета должно соответствовать со-
держанию требований к изученности инженерно-геологических и геокриоло-
гических условий и должно сопровождаться графическими и табличными
материалами, перечисленными выше. Необходимы также данные о климати-
ческих условиях района месторождения: графики среднемесячных и годо-
вых осадков, роза ветров и др.
4.	ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕМА
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ
4.1.	Общие положения
4.1.1.	Исходя из факторов, оказывающих влияние на устойчивость отко-
сов уступов и бортов карьеров, для определения оптимальных углов наклона
бортов и углов откосов уступов, а также для разработки достаточно эф-
фективных и наиболее экономичных мероприятий, обеспечивающих устой-
чивость откосов по каждому участку месторождения, необходимо знать:
1)	литологический состав пород;
2)	структуру и элементы залегания пород, разрывных нарушений и тре-
щин большого протяжения;
3)	характер метаморфизма пород (главным образом, степень каолини-
зации, серицитизации и хлоритизации), степень метаморфизма и границы
его распространения;
4)	границы распространения зоны выветривания и степень выветре-
лости;
5)	физические свойства и прочностные характеристики пород в куске и
в массиве в зависимости от литологического состава, степени литификации
и выветрелости;
6)	характер и степень трещиноватости пород (число систем трещин,их
частоту и взаимное расположение, по которым можно судить о форме и раз-
мерах блоков);
7)	гидрогеологические условия месторождения.
4.1.2.	В пп. 1—4 указываются общие геологические условия залегания
полезных ископаемых; перечисленные в них сведения устанавливаются
обычными геологоразведочными выработками (скважинами, шурфами, ка-
навами и пр.), сетка которых определяется общими требованиями к раз-
ведке различных категорий угольных месторождений. Необходимо только на
месторождениях, подлежащих открытой разработке, соблюдать условие,
чтобы граница разведки была удалена за контур промышленных запасов
на расстояние L в соответствии с п. 2.2.1.
4.1.3.	Это условие при горизонтальном и пологом залегании слоев по-
род обычно не вызывает необходимости бурения дополнительных скважин,
так как при разведке полезного ископаемого за контуром промышленных
запасов оказывается достаточное число скважин, по которым можно опре-
делить залегание слоев, литологический состав пород, степень выветрелости
и пр.
На месторождениях, сложенных наклонными и крутопадающими слоями
или толщами пород, это условие чаще всего не выполняется, что приводит
к неправильным проектным решениям в части углов наклона бортов в их
предельном положении.
4.1.4.	Изучение инженерно-геологических условий месторождений необ-
ходимо начинать на стадии предварительной разведки, в ТЭО дается общая
оценка месторождения и рекомендуется способ его разработки, для чего,
как известно, необходимы данные не только о качестве полезного ископаемо-
го, его запасах и глубине залегания, но и об условиях залегания, прочност-
52
ных характеристиках пород и других факторах, оказывающих влияние на
устойчивость бортов.
4.1.5.	Основные инженерно-геологические работы проводятся в процессе
детальной разведки, по результатам которой, за редким исключением,
составляется проект разработки месторождения. Поэтому в результате ин-
женерно-геологических работ на стадии детальной разведки должны быть
получены все необходимые характеристики, используемые для расчета углов
наклона бортов и откосов уступов. На наиболее сложных месторождениях
(сложенных главным образом слабыми породами группы III) обычно воз-
никает необходимость в доразведке перед началом строительства, когда уже
известны контуры отработки, ее глубина, первоочередные участки разработ-
ки и схема вскрытия. В период доразведки инженерно-геологические работы
проводятся на первоочередных или наиболее ответственных участках (не-
рабочий борт, въездные траншеи и т. д.).
4.1.6.	Число инженерно-геологических скважин в пределах карьерного
поля определяется изменчивостью сопротивления сдвигу слоев пород по
площади поля.
Анализ материалов исследований ВНИМИ, проведенных на ряде карье-
ров, показывает, что сопротивление сдвигу в различных точках слоев остает-
ся постоянным, если слои имеют в этих точках одинаковые фациально-
литологическую характеристику и глубину залегания. При изменении глу-
бины залегания изменяется плотность пород слоя и. как следствие этого,
изменяется и сопротивление сдвигу. На месторождениях групп I и II влияние
глубины на прочность проявляется лишь в пределах зоны выветривания и
разуплотнения (на угольных месторождениях Кузбасса и Челябинска зона
разуплотнения составляет 60—70 м, а на Экибастузском угольном место-
рождении достигает 150 м). Ниже этой глубины прочность уплотненных
осадочных, изверженных и метаморфических пород в однородном слое оста-
ется постоянной с глубиной.
4.1.7.	Число образцов, отбираемых из каждого инженерно-геологиче-
ского слоя по каждой скважине, зависит от заданной точности (допустимой
погрешности) определения расчетного сопротивления сдвигу и коэффици-
ента изменчивости (относительной погрешности) единичных значений со-
противления сдвигу [31].
4.1.8.	Допустимая относительная средняя погрешность расчетного зна-
чения сопротивления сдвигу М зависит от ряда факторов и особенно от до-
стигнутой к настоящему времени точности расчетов устойчивости откосов.
Анализ результатов всех выполненных исследований показывает, что общая
погрешность расчетов с учетом погрешности метода расчета, определе-
ния элементов залегания поверхностей ослабления, расчетных характери-
стик прочности горных пород в массиве (с учетом трещиноватости), из-
менчивости их с течением времени и других факторов в настоящее время
находится в пределах 20% от общей суммы сдвигающих сил, действующих
по поверхности скольжения.
Исходя из этого можно считать, что при достигнутом уровне техники
расчетов устойчивости откосов расчетные характеристики сопротивления
сдвигу необходимо определять со средней погрешностью в пределах 6—7%
от среднеарифметического значения для слабых пород и около 15% для
полускальных и скальных.
53
4.1.9.	В качестве примера определения необходимого числа испытаний
на сдвиг многослойной толщи горных пород при расчете устойчивости
борта рассматривается комплекс осадочных пород месторождения Устье-
Брынкино Боровичского комбината. Основной особенностью инженерно-гео-
логических условий месторождения является пестрота и многослойность
геологического разреза. На рис. 4.1 приведены графики сопротивления
сдвигу некоторых разновидностей пород.
В связи с тем что раздельный учет всех слоев пород значительно затруд-
няет расчеты устойчивости, не повышая их точности (так как отдельные
слои и линзы плохо прослеживаются по площади), породы объединяются
в отдельные инженерно-геологические комплексы, характеризующиеся сход-
ством условий их образования, залегания и физико-механических свойств.
В рассматриваемом примере 39 инженерно-геологических слоев объединены
в 12 комплексов.
4.1.10.	Инженерно-геологические комплексы выделяются в следующем
порядке:
а)	по каждой скважине для каждого по внешним признакам однород-
ного слоя производится минимальное число испытаний, позволяющее при
трех ступенях нормальной нагрузки провести монотонную плавную кривую
т=/(ол); при этом допускается отклонение средних от плавной кривой не
более чем на 10%;
б)	проводится сравнение кривых т,=/(о„) для смежных слоев по каж-
дой скважине и для одного слоя по различным скважинам по формуле
Д=[/2(мГ/(21Утср)]-100%,	(4.1)
где Ат — разность между ординатой частного графика сопротивления
сдвигу и ординатой кривой общего графика сопротивления сдвигу при дан-
ной нормальной нагрузке; N — число ступеней нормальных нагрузок; тср—
ордината средней кривой в точке, соответствующей среднему значению нор-
мальных нагрузок, при которых производились испытания.
4.1.11.	При расхождении между графиками сопротивления сдвигу до 5%
(т. е. А^.5%) испытания можно объединять в один общий график, характе-
ризующий единый инженерно-геологический комплекс, так как в этом случае
погрешность определения сопротивления сдвигу для всего комплекса со-
ставит не менее 6—8%. На рис. 4.1 а приведены графики сопротивления
сдвигу для моренных суглинков и суглинков озерно-ледниковых. Значение/
для этого графика получилось равным 4,5%.
4.1.12.	Рассмотрим, возможно ли объединение графиков при таком
значении А. Произведем оценку трех приведенных графиков (рис. 4.1, а):
—	сопротивление сдвигу при бытовой нагрузке 8-10 2 МПа соответ-
ственно равно Т|=7,8-10~2 МПа, тг=7-10~2 МПа, тср=7,5-10-2 МПа;
—	коэффициенты вариаций т=4%, ц2=19%, цср=15%;
—	число испытаний П|=9, «2=18, «<р=27.
Максимальная относительная ошибка определения сопротивления сдви-
гу для каждого графика устанавливается по формуле
M,=ta(yi/ /п,)
54
Рис. 4.1. Графики сопротивления сдвигу
пород.
а — глинистые породы, объединенные в инженерно-геоло-
гический комплекс. / — озерио-ледниковый суглинок;
2— моренный суглинок
б — выделенные инженерно-геологические комплексы.
/—3 — испытания глинистых разновидностей одного
комплекса.
55
Zs = 2510~2 МПа ,v = 22°/о
^-Ю-Ю^МПа,
v=zo7B
Z2 = 16W г МПа,
У-16,5°/в
Z3 = 25Ю~гМПа,
V - T9,5 %__________
Z4 = 17,8-10 гМПа,У = 13,5°/°
EEr @2 [W EIH	ЙЙ6
Рис. 4.2. Определение необходимого числа испытаний
образцов пород.
/ — известняк; 2—6	глина: 2 — темно- и светлосерая пластичная,
жирная, 3 — черная пластичная, углистая. 4 — темно- и светло-серая,
песчаная»5 — пластичная, 6 — сухарная
и соответственно равна при а = 0,99 М]=3,25 (4%/|/9) = 4,3%, М-,=
= 2,88 (19%//18)= 13%. Л1ср=2,77 (15%//27) —8%. Максимальная раз-
ница между частным сопротивлением сдвигу и средним, равная 0,5-10+2 МПа,
находится в пределах точности определения частных значений, а мак-
симальная относительная погрешность определения сопротивления сдвигу
объединенного графика в пределах допустимого.
Следовательно, А, равное 4,5%, позволяет объединять по физико-меха-
ническим свойствам отдельные инженерно-геологические слои в комплексы
для расчетов устойчивости борта.
4.1.13.	Иногда, как это имеет место на рис. 4.1, б, проверка возможности
объединения слоев по формуле 4.1 становится излишней, так как уже на
графике сопротивления сдвигу видно, что значения т, для отдельных слоев,
представленных на одном графике, находятся в одинаковых пределах.
4.1.14.	На профиле, приведенном на рис. 4.2, выделяются пять инже-
нерно-геологических комплексов, для которых теперь и определим необхо-
димое число испытаний при заданной относительной погрешности со-
противления сдвигу по формуле
n=[(J„v)/M]2a.
Все вычисления сведены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Определение необходимого числа испытаний
Инженерно-геологи- ческий комплекс	м	V. %	/и	l.,V	(—)' ' м '	а	п
				М			
V	7	20	2,76	7,8	62	0,07	5
VI	7	16,5	2,76	6,51	42,0	0,28	12
VII	7	19,5	2,76	7,7	59	0.14	9
IX	7	13,5	2,76	5,3	27,3	0,17	5
X	7	22	2,76	8,67	75	0,34	26
57
56
В таблице М принимается равным 7%, что вполне достаточно на данном
уровне расчетов устойчивости, взят из таблицы (приложение VI) для
доверительной вероятности а=0,99 н числа испытаний п=30 — минималь-
ного числа испытаний для построения пяти графиков сопротивления
сдвигу (приложение VI).
В табл. 4.1 число испытаний для V и IX комплексов следует принимать
не менее двух для каждой нормальной нагрузки (для построения криво-
линейного графика минимальное число ступеней нормальной нагрузки
должно быть 3).
4.1.15.	Поверочные расчеты по определению максимальной относитель-
ной ошибки для получения числа испытаний выполняются по формуле
Л/=(г„Л/) /т„6111,
где t(,61u=tiSi+t2S2+...+t-,S5; Л4= /(otiSi)2+(ot2S2)2+..-+(otsSs)2 ;	т,- —
среднее сопротивление сдвигу каждого слоя; S, — площадь поверхности
скольжения по каждому слою; т,=(ц,т, )/Vn —средняя ошибка определе-
ния сопротивления сдвигу каждого слоя.
В рассматриваемом примере Л1==10 2/Т,61 • 1,5+0,76-6,64-1,62-2,1 +
+ 1,07-3,4+l.OS^iT = 10~2/83?б4=0,091. Для а=0,99 и п=57 /„=2,66 и
тогда то6ш=3,75 МПа Л1=[(2,66 • 0,091 )/3,75] • 100% =6,5%.
Таким образом, при проверочных расчетах М в пределах точности
получилась равная исходной, что свидетельствует о правильности опреде-
ления необходимого числа испытаний для каждого слоя.
4.2.	Обоснование объема инженерно-геологических работ
на месторождениях, сложенных слабыми
песчано-глинистыми породами
4.2.1.	Первая подгруппа. В эту подгруппу по приведенной группировке
(табл. 1.3) входят месторождения или их участки, характеризующиеся
горизонтальным или пологим залеганием пород угленосной толщи, фаци-
альной выдержанностью слоев.
Гидрогеологические условия относительно просты,- в одних случаях в раз-
резе угленосного комплекса пород преобладает толща значительной
проницаемости, поэтому ожидаемые притоки (иногда и значительные) не
осложняют дренирования пород, в других случаях угленосная толща за-
легает значительно выше местного базиса эрозии, вследствие чего водо-
носные горизонты имеют ограниченное распространение и питание, естест-
венную разгрузку и содержат небольшие статические запасы подземных
вод.
4.2.2.	Для обоснования объема инженерно-геологических исследований
на месторождениях, сложенных слабыми песчано-глинистыми породами,
был проанализирован большой фактический материал по различным
месторождениям полезных ископаемых Советского Союза [16]. Прослеже-
но изменение среднеарифметического значения сопротивления сдвигу (сре-
зу) при каждой нормальной нагрузке по мере увеличения числа срезов.
57
Исходя из многочисленных определений характеристик сопротивления
сдвигу глинистых пород, проведенных ВНИМИ на различных месторожде-
ниях, по степени разнородности глинистые породы могут быть разделены
на три группы, каждая из которых требует различного числа испытаний
для получения среднеарифметического значения сопротивления сдвигу с
достаточной точностью:
I группа — однородные породы — характеризуются коэффициентом из-
менчивости и<;10%, необходимое число определений п при каждой нормаль-
ной нагрузке составляет 2—4;
П группа—средней однородности, и=104-20%, н=4-Ь10;
III группа — неоднородные породы, и>20%, п=10-4-16.
Для построения графика сопротивления сдвигу испытания производятся
при 3—4 нормальных нагрузках; поэтому для самой неоднородной породы,
исходя из вышесказанного, необходимо произвести около 40—50 срезов,
для чего достаточно иметь не более 200 см керна по каждому слою. Из этого
следует, что для каждой литологической разновидности, мощность
слоя которой больше 2 м, на каждом фациально неоднородном участке
сопротивление сдвигу может быть получено с достаточной точностью
по испытаниям керна из одной скважины; и только в тех случаях, когда
в толще рыхлых отложений залегают маломощные слои неоднородных
пластичных глин, оказывающих наибольшее влияние на устойчивость бор-
тов, керн этих глин должен быть отобран из двух скважин на каждом
однородном участке.
4.2.3.	Общее число инженерно-геологических скважин для месторожде-
ний этой подгруппы, характеризующихся слабой фациальной изменчиво-
стью и горизонтальным или пологим залеганием пород, зависит от числа
участков с однородными инженерно-геологическими условиями.
Расстояние между скважинами определяется размерами отдельных
участков, однородных по составу пород, и по элементам рельефа земной
поверхности.
После того как установлен общий объем инженерно-геологических
скважин, необходимо распределить этот объем по стадиям разведки.
4.2.4.	На стадии предварительной разведки, как правило, еще неизвестен
способ разработки, поэтому разведочные работы должны дать общую ин-
женерно-геологическую характеристику месторождения или его части:
—	по результатам анализа имеющихся геологических, гидрогеологи-
ческих и проектных материалов по месторождениям подобного типа, а
также по данным наблюдений за характером деформаций откосов при раз-
работке этих месторождений открытым способом;
—	по материалам разведки данного месторождения;
—	по данным 2—3 инженерно-геологических скважин, пробуренных на
месторождении для изучения физико-механических свойств пород и состав-
ления инженерно-геологического разреза. Такой разрез лучше составлять
вкрест вытянутым элементам рельефа (долинам рек, балкам и т. д.) или
вкрест простирания слоев.
Поскольку месторождения отличаются хорошей литологической выдер-
жанностью, то на этой стадии разведки одного инженерно-геологического
разреза будет достаточно для общей характеристики инженерно-геологи-
58
о
300м
Рис. 4.3. Геологический разрез Райчихинского буроугольного месторождения.
/ - песок, 2 — глин.1 3 — уголь.
ческих условий месторождения и составления проекта инженерно-геологи-
ческих работ на стадии детальной разведки.
4.2.5.	К началу детальной разведки большей частью уже бывает известен
способ разработки месторождения, а иногда и участок первоочередных
работ; поэтому для инженерно-геологических исследований на этой стадии
следует составлять конкретный проект с указанием объема работ и место-
положения выработок. Круг вопросов, подлежащих изучению, остается тем
же, что и для предварительной разведки, но требуется большая надежность
получаемых характеристик, поскольку они будут использованы при проекти-
ровании горнодобывающего предприятия. Основными работами на этой ста-
дии являются:
—	анализ всех геологических материалов, полученных в результате
разведки;
-	- наблюдения за ведением горных работ на соседних, аналогичных по
геологическим условиям, месторождениях;
—	полевые и лабораторные инженерно-геологические работы.
К полевым инженерно-геологическим работам на этой стадии отно-
сится бурение инженерно-геологических скважин на каждом однородном
участке с отбором образцов горных пород для их детального изучения
в лабораторных условиях и составления инженерно-геологических разрезов.
4.2.6.	Примером угольных месторождений этой подгруппы являются ме-
сторождения Днепровского буроугольного бассейна и Райчихинское буро-
угольное месторождение. Геологический разрез Райчихинского месторож-
дения приведен на рис. 4.3.
Рельеф района Райчихинского месторождения представляет собой
всхолмленную равнину, возвышенные участки местности расчленены доли-
нами рек или падями на обособленные увалы.
Месторождение представлено осадочными верхнемеловыми, палеогено-
выми, неогеновыми и четвертичными отложениями. Продуктивная свита
(кивдинская верхнематовая свита) сложена рыхлыми песчано-глинистыми
породами с преобладанием песчаных разностей; верхняя часть разреза
свиты, к которой приурочен имеющий промышленное значение верхний
угольный пласт со средней мощностью 5—6 м, состоит главным образом из
глинистых песков и глин; залегает свита почти горизонтально. На размы-
той поверхности кивдинской свиты горизонтально залегают палеогеновые
и неогеновые отложения, представленные чередующимися песками и гли-
59
нами мощностью до 65 м. Четвертичные отложения на площади месторо-
ждения развиты преимущественно по долинам рек и состоят из глин, су-
глинков, песков и галечников мощностью до 10 м. Месторождение харак-
теризуется отсутствием тектонических нарушений. Гидрогеологические
условия Райчихииского месторождения несложные. Породы вскрыши обвод-
няются водами горизонтов, расположенных в надугольибй песчано-глини-
стой толще. Пластовые воды верхнемеловых отложений, подстилающих
продуктивную кивдинскую свиту, на эксплуатацию влияния не оказывают.
4.2.7.	Вторая подгруппа. Месторождения второй подгруппы группы III
характеризуются значительной фациальной изменчивостью пород, значи-
тельной изменчивостью залегания, которые определяют и сложность гидро-
геологических условий.
К месторождениям этой подгруппы относятся угольные месторождения
Подмосковного (рис. 4.4), Канско-Ачинского (рис. 4.5) и Тургайского бас-
сейнов. На этих месторождениях отмечается невыдержанность глинистых
слоев по простиранию: так, для Ирша-Бородинского месторождения ха-
рактерна литологическая неоднородность юрских глин, для Ушаковского —
карбоновых глин.
В гидрогеологическом отношении для этих месторождений характерно
наличие нескольких водоносных горизонтов, приуроченных к мелкозер-
нистым, иногда глинистым пескам с коэффициентом фильтрации не более
3—5 м/сут для основных водоносных горизонтов и до 1 м/сут для второ-
степенных.
4.2.8.	Ниже дается краткая геологическая характеристика месторожде-
ний Подмосковного бассейна.
Угленосные отложения Подмосковного бассейна относятся к нижнему
карбону, залегают на морских девонских отложениях и перекрываются пес-
чано-глинистыми мезозойскими (неповсеместно) и четвертичными отложе-
ниями.
В разрезе нижнекаменноугольных отложений преобладают песчаные
глины и пески. Литологический состав непостоянен, характерно выклини-
вание и фациальное замещение песчаных, глинистых и углистых пачек.
Надугольная толща содержит несколько напорных водоносных горизон-
тов, дренаж которых затруднен из-за низких коэффициентов фильтрации
глинистых песков (Лф=0,3-4-3,2 м/сут) и их плохой водоотдачи.
Водоносный горизонт продуктивной свиты, приуроченный к угольным
пластам и пескам, имеет гидравлическую связь с весьма водообильным
подугольным напорным горизонтом известняков, напоры которого дости-
гают 30 м. Для предотвращения прорывов воды необходимо снизить напоры
У пинского водоносного горизонта. В то же время этот горизонт может
быть использован в качестве поглощающего при дренаже надугольной
толщи.
4.2.9.	Число инженерно-геологических скважин, а также их местоположе-
ние будут определяться главным образом литологической неоднородностью
нижней части вскрышной толщи, оказывающей наибольшее влияние на
устойчивость бортов.
На угольных месторождениях с горизонтальным или пологим залега-
нием слоев инженерно-геологические скважины размещаются по поперечни-
60
Рис. 4.4. Геологический разрез Ушаковского буроугольного место-
рождения Подмосковного бассейна.
/ - суглинок; 2 — глина, 3 - песок глинистый, 4 уголь; 5 - известняк.
&
ШЯ~ bid*
У7777Л1	!«
Рис. 4.5. Геологический разрез Ирша-Бородинского буроугольного месторождения Канско-Ачинского бассейна.
/ - глина: 2 песчаник; 3 — алевролит; 4 — уголь.
кам, перпендикулярным к основным элементам рельефа. Такое располо-
жение поперечников позволяет характеризовать участки с различной мощ-
ностью вскрыши (придолинные, водораздельные) по минимальному числу
скважин. Скважины на поперечниках располагаются с таким расчетом, что-
бы каждый участок месторождения, имеющий особенности в рельефе или
в литологии, был охарактеризован не менее чем одной инженерно-геологи-
ческой скважиной.
При линзовидной форме залегания отдельных литологических разностей
ряд разобщенных участков с одинаковой литологией может быть охаракте-
ризован двумя инженерно-геологическими скважинами, если свойства пород
по двум скважинам совпадают.
Расстояние между поперечниками определяется изменчивостью усло-
вий залегания и выдержанностью основных слоев пород. Это расстояние
между поперечниками изменяется в пределах 500—800 м. На 1 км2 поля
приходится 4—6 инженерно-геологических скважин.
Глубина скважин должна быть на 20% больше глубины отработки раз-
реза (если только угольный пласт не подстилают породы, прочность которых
выше, чем прочность вскрыши).
4.2.10.	На стадии предварительной разведки инженерно-геологические
работы должны дать общее представление об особенностях месторождения,
поэтому основное внимание уделяется обработке геологических материалов
данного бассейна по разведочным и эксплуатационным выработкам, а так-
же по естественным обнажениям. Бурение инженерно-геологических сква-
жин на этой стадии производится к концу разведочных работ, для того
чтобы более правильно наметить места их заложения. Число этих скважин
в среднем определяется из ориентировочного расчета одной скважины
на 1 км2 площади месторождения,- а места их заложения выбираются так,
чтобы они могли захватить максимальную мощность вскрыши и большее
число литологических разновидностей.
По результатам предварительной разведки необходимо произвести пред-
варительное районирование месторождения по условиям залегания и мощ-
ности вскрытия.
Полученный в период предварительной разведки материал используется
для составления обоснованного проекта детальной инженерно-геологиче-
ской разведки.
4.2.11.	Детальную разведку следует производить по выделенным участ-
кам; при этом следует выяснить в первом приближении с использованием
всех имеющихся геологических материалов условия залегания и выдержан-
ность глинистых слоев в нижней части вскрышной толщи, поскольку эти
слои во многом будут определять число инженерно-геологических скважин
на данной стадии разведки.
На некоторых месторождениях этой подгруппы появляется необходи-
мость в проведении дополнительных разведочных работ перед началом стро-
ительства.
В период доразведки на месторождениях второй подгруппы инженерно-
геологические скважины бурятся на отдельных участках нерабочих бортов,
разрезных или въездных траншей, где при проектировании карьера вы-
явилась необходимость в уточнении физико-механических свойств горных
пород.
G2
4.2.12.	Третья подгруппа. Месторождения третьей подгруппы группы III
характеризуются большой фациальной изменчивостью отложений и слож-
ными условиями залегания пород: линзообразной формой отложений, нали-
чием размывов и диапировых складок или тектонической нарушенностью, за-
легание слоев горных пород может быть горизонтальным, пологим или кру-
тым. Сложность гидрогеологических условий обусловлена многочислен-
ностью водоносных слоев, невыдержанностью их залегания, литологиче-
ским составом водоносных слоев: мелко- и тонкозернистые пылеватые
пески, имеющие низкий коэффициент фильтрации и малую водоотдачу.
Месторождения этой подгруппы как в отношении изучения инженерно-
геологических условий, так и в отношении обпГей разведки являются наибо-
лее сложными и требуют наибольшего числа разведочных и инженерно-
геологических скважин и выработок.
4.2.13.	Большая изменчивость литологического состава пород и их зале-
гания на месторождениях этой подгруппы вызывает необходимость сокра-
щать расстояния между инженерно-геологическими поперечниками до 300—
400 м, а также увеличивать число скважин на поперечнике до 3—4. Инже-
нерно-геологические поперечники располагаются перпендикулярно к гра-
нице поля будущего карьера.
При разведке месторождений этой подгруппы часто возникает необхо-
димость в доразведке как качественных показателей полезного ископаемо-
го, так и условий его залегания. Доразведку надо использовать и для уточ-
нения инженерно-геологических условий.
4.2.14.	Примером месторождений этой подгруппы являются северо- и
южно-Уральские, Вахрушевское (о. Сахалин) буроугольные месторождения
(рис. 4.6, 4.7).
Ниже приводится описание Вахрушевского буроугольного месторожде-
ния, разрабатываемого Лермонтовским карьером (о. Сахалин). Месторож-
дение характеризуется мульдообразным залеганием угленосных отложе-
ний, выполняющих депрессию в скальных породах. Простирание складки
север-северо-западное, углы падения пород на западном крыле состав-
ляют 20—70°, на восточном — 15—30°, средние значения — 20—25°. В цен-
тральной части синклинали залегание пород приближается к горизонталь-
ному. В пределах северной части мульды углы падения пород 15—20°.
Складка осложнена несколькими сбросами. Угольный пласт по всей пло-
шали месторождения имеет очень сложное строение, обусловленное частым
переслаиванием угольных пачек с углистыми аргиллитами, аргиллитами,
алевролитами, песчаниками, гравелитами, туфами и бентонитовыми глина-
ми. Характерной особенностью угленосных отложений является наличие в их
составе большого количества туфогенного материала. Туфы и туфогенные
породы являются наиболее сильно деформируемыми породами, к ним при-
урочены многочисленные зоны тектонических нарушений. Отложения угле-
носной свиты перекрыты четвертичными отложениями мощностью до 5—6 м.
Гидрогеологические условия Вахрушевского месторождения определя-
ются чередованием водоносных (трещиноватые угли, песчаники, алевролиты
и аргиллиты) и относительно водоупорных пород, образующих мульдообраз-
ную структуру. В качестве относительных водоупоров выступают прослои
и линзы бентонитовых глин и других туфогенных пород глинистого состава.
Водоносные породы характеризуются слабой проницаемостью.
ъЗ
линия 39
ЛИНИЯ 55
о то гоо зоо»
линия AR	1---'---1---1
Рис. 4.6. Геологические разрезы Богословского буроугольного месторождения
Северо-Уральского бассейна.
I - глина песчаная; 2 -- аргиллит, 3 — угольный пласт; “/ — алевролит; 5 — песчаник на глинистом
цементе. 6 — брекчневидная глина; 7 — бокситовидная глина; 8 - известняк; 9 — отвалы; 10 —
разрывные нарушения.
EZZZ36 EZZ37 8 НН9 IZjfc'0
Рис. 4.7. Геологический разрез Вахрушевского буроугольного месторождения
(о. Сахалин).
t суглинок; 2— песчаник; 3—аргиллит, -/—алевролит; 5—туф пелитовый слабый; 6 - туф ip\6o-
зернистый крепкий; 7 гравелит, 8 — брекчия; 9 — уголь; 10 - углистый аргиллит
Гидрогеологические условия характеризуются значительной сложностью,
которая вызвана наличием слабопроницаемого напорного подугольного
горизонта.
4.2.15.	При разработке Вахрушевского месторождения Лермонтовским
карьером на нерабочем борту, расположенном на восточном крыле мульды,
возник оползень, захвативший весь нерабочий борт протяженностью 800—
1000 м, основными причинами которого являются крутой угол наклона борта
(более 30°) при наличии слабых контактов и пластичных бентонитовых
глин в подстилающих угольный пласт породах (углы падения пласта на
этом участке 25—35°), а также наличие напорных вод в лежачем боку
вследствие залегания в толще слабопроницаемых глинистых пород.
В период разведочных работ глубина и граница распространения
слабых контактов и слоев бентонитовых глин в толще пород, подстила-
ющих угольный пласт, не были установлены, что объясняется отсутствием
инженерно-геологических скважин на периферийных участках месторожде-
ния за пределами границ промышленной мощности угольного пласта;
геологоразведочные скважины остановлены в основном после пересечения
угольного пласта.
Совокупность неблагоприятных факторов, влияющих на устойчивость
бортов, и слабая изученность инженерно-геологических условий в период
разведки явились причиной возникновения оползней больших объемов при
разработке других месторождений этой подгруппы: на Богословском (Севе-
ро-Уральский буроугольный бассейн), на Кумертауском (Южно-Уральский
буроугольный бассейн) карьерах.
65
4.3.	Обоснование объема инженерно-геологических работ
на месторождениях, сложенных
полускальными породами
4.3.1.	На устойчивость откосов, сложенных породами средней прочности,
как и на устойчивость откосов глинистых и несвязных пород, оказывают
влияние почти все факторы, перечисленные в разделе 1. Но в отличие от
глинистых и несвязных пород в устойчивости откосов в полускальных по-
родах больший удельный вес приобретает их трещиноватость. Кроме того,
изменчивость прочности полускальных пород меньше, чем глинистых пород.
В связи с этим число инженерно-геологических скважин, из которых
производится отбор образцов пород для изучения их физико-механических
свойств, на месторождениях, сложенных полускальными породами, сущест-
венно сокращается по сравнению с месторождениями, сложенными слабы-
ми песчано-глинистыми породами.
4.3.2.	Месторождения этой группы характеризуются тем, что обычно
только в зонах выветривания и разуплотнения, распространяющихся до
глубины 70—100 м, и в зонах тектонических нарушений прочность горных
пород имеет существенную изменчивость, и ее изучение в этих зонах должно
быть детальным. Ниже зоны выветривания и разуплотнения прочность
пород каждой литологической разновидности с изменением глубины зале-
гания варьирует мало и может характеризоваться теми же значениями,
которые эти породы имеют на границе зоны выветривания.
Большое внимание должно быть уделено выявлению в слоистой толще
слоев и прослоев слабых пород, а также изучению прочности пород по кон-
тактам слоев и других поверхностей ослабления. Недоучет естественных
поверхностей ослабления с малой прочностью по контактам является при-
чиной обрушений и оползней бортов и уступов.
4.3.3.	Первая подгруппа. Эта подгруппа иллюстрируется Томь-Усин-
ским (Кузбасс) и Азейским месторождениями (рис. 4.8, 4,9). В качестве при-
мера месторождений этой подгруппы рассматривается Кийзакский участок
Томь-Усинского месторождения Кузбасса. Протяженность участка по про-
стиранию 3,2 км, а вкрест простирания 4 км. Участок характеризуется
пологим выдержанным залеганием слоев; вмещающие породы представ-
лены в основном алевролитами, кварцевыми и глинистыми песчаниками
и имеют слабую обводненность.
На стадии предварительной и детальной разведки на месторождении
было пробурено 54 разведочные скважины. Расстояния между разведоч-
ными линиями 400—650 м, расстояние между скважинами по линиям
200—450 м, в среднем 300 м, глубина скважин 290—300 м. Образцы пород
для определения временного сопротивления сжатию отбирались из четырех
скважин. Всего было испытано 49 образцов, характеризующих 6 пластов
песчаников и 2 пласта глинистых песчаников.
На стадии доразведки было пробурено еще 36 разведочных скважин,
которые уточнили строение угольных пластов, их мощность, соотношение за-
пасов, не изменив представления о стратиграфии, тектонике и гидрогео-
логических условиях участка.
66
4.3.4.	При анализе материалов разведки Кийзакского участка было
установлено, что на месторождениях этой подгруппы прочность горных по-
род с достаточной точностью может быть охарактеризована 3—5 скважина-
ми (при площади участка 6—12 км2 это составит ориентировочно одну
скважину на 2 км2); в зонах тектонических нарушений необходимо до-
полнительно бурить 2—3 инженерно-геологические скважины.
4.3.5.	Вторая подгруппа. Месторождения второй подгруппы группы II
отличаются значительной сложностью тектоники, изменчивостью характера
и степени трещиноватости, более сложными гидрогеологическими усло-
виями.
Эта подгруппа иллюстрируется Экибастузским и Коркинским месторож-
дениями. Характерные геологические разрезы месторождений представ-
лены на рис. 4.10 и 4.11,
4.3.6.	Коркинское месторождение представлено отложениями коркин-
ской свиты нижнемезозойских образований Челябинского угольного бас-
сейна. Центральная, наиболее угленасыщенная часть месторождения раз-
рабатывается открытым способом. Коркинская свита представлена слоями
аргиллитов, алевролитов, песчаников и углей. Характерным является частое
переслаивание угольных и аргиллитовых прослойков в зонах большой угле-
насыщенности. Слои пород зоны имеют изменчивую мощность и большую
фациальную замещаемость. Покровные отложения представлены: а) буры-
ми суглинками, глинами, песками четвертичного возраста мощностью до
8—10 м; б) опоковыми глинами, опоками палеоген-неогенового возраста
мощностью 6—8 м.
В структурном отношении Коркинское месторождение представляет
собой синклинальную складку, ограниченную меридиональными (восточным
и западным) нарушениями. Ширина складки около 4 км. глубина погру-
жения угленосных пачек около 800 м; падение пород южного крыла северное,
под углом 14—30°. Южное крыло синклинали осложнено рядом синкли-
нальных структур и разрывов. Дизъюнктивные нарушения на месторожде-
нии представлены в основном рядом меридионально направленных смеше-
ний с крутыми углами падения.
Основные водоносные горизонты приурочены к опокам, песчаникам, уг-
лям и алевролитам.
Водоносные горизонты, связанные с песчаниками, углями, алевролитами
продуктивной толщи, имеют гидравлическую связь. Воды пластово-трещин-
ные, напорные. Средний коэффициент фильтрации 1 —1,5 м/сут. Наиболее
водообильными являются угли и песчаники. В целом угленосные отложе-
ния характеризуются невысокой обводненностью.
Интенсивность трещиноватости неравномерная и в разных породах раз-
личная. Наиболее распространены три системы трещин. В песчаниках
средний размер блоков 0,5—1,5 м, нередко до 2,5—3,0 м; в алевролитах
0,5—1,0 м и до 1,5 м; в аргиллитах — 0,3—1,0 м. Блоки имеют форму
косоугольных призм или близкую к прямоугольным.
4.3.7.	Как и на месторождениях первой подгруппы, по материалам
разведочных скважин прежде всего следует выделить участки, однородные
по свойствам пород; на каждом выделенном участке в период детальной
разведки должна быть пробурена по крайней мере одна инженерно-геологи-
ческая скважина.
67
PM 1	2 У777‘> з У777Л ч  5
Рис. 4.8. Геологический разрез Томь-Усинского каменноугольного месторождения (Кузбасс).
/ растительный слой. 2 — песчаник; 3 алевролит; 4 apjиллит; 5 - уголь.
На месторождениях прежде всего выделяется зона разупрочнения пород
за счет разуплотнения и выветривания, в которой по каждому поперечнику
бурятся две или три скважины: одна, характеризующая наименьшую проч-
ность пород, на выходах слоев, вторая — в средней части этой зоны и
третья — на границе зоны выветривания (по существу, характеризующая не-
выветрелые породы). По простиранию число таких поперечников устанав-
ливается в зависимости от степени фациальной замещаемости слоев в этом
направлении.
Особое внимание уделяется зонам тектонических нарушений (устанав-
ливаются элементы залегания, мощность зоны дробления, характер за-
полняющего материала, изменение прочности и т. д.); по каждой зоне на-
рушений должно быть пробурено по крайней мере по одной скважине.
4.3.8.	На месторождениях этой подгруппы, сложенных наклонно-зале-
гающими или крутопадающими слоями, особенно важно изучение залега-
ния и свойств пород в лежачем боку мощностью (по нормали к наслоению)
не менее 1/3 высоты борта и в висячем боку — в пределах призмы возмож-
ного обрушения. При таком залегании пород эти зоны при разведке место-
рождений обычно оказываются неизученными.
Так, на Коркинском разрезе до 1974 г. было слабо изучено гео-
логическое строение восточного и северо-западного бортов. При подходе
горных работ к предельному контуру уступы этих бортов стали интенсивно
деформироваться в виде обрушений и оползней. В результате проведенной
в 1976 г. доразведки на восточном борту за «Восточным» нарушением была
выявлена зона дробления пород мощностью 60—70 м. На северо-западном
борту разреза доразведкой установлены неблагоприятное для устойчивости
борта мульдообразное залегание пород и наличие многочисленных разрыв-
ных нарушений, разбивающих массив на отдельные блоки. Эта структурно-
тектоническая обстановка явилась причиной деформаций северо-западного
борта, участившихся при ведении горных работ в недоразведанном массиве
пород.
EZ3'	EZ? Ик М*
Рис. 4.9. Геологический разрез Азейского буроугольиого месторождения.
/ — суглинок; 2 — алевролит; 3 — аргиллит; 4 — песчаник; 5 — углистый аргиллит; 6 — уголь.
68
69
a
Св
Рис. 4.10. Геологические разрезы Экибастузского каменноугольного месторождения.
о -- ио линии 16, б - ио лилии 24
/ — суглинок, 2 — песчаник; 3 — алевролит; 4  apjиллит; 5 — углистый аргиллит; 6 уголь, 7
углистая порола: 8 -• проектный контур карьера.
4.3.9.	Интенсивность и характер трещиноватости (форма и размеры бло-
ков) изучаются по всем разведочным и инженерно-геологическим скважи-
нам, а также по имеющимся естественным обнажениям и горным выра-
боткам.
При изучении трещиноватости проводится сравнение с аналогичными
комплексами пород, вскрытых на разрабатываемых месторождениях.
4.3.10.	Третья подгруппа. Месторождения третьей подгруппы группы II
характеризуются наиболее сложными инженерно-геологическими условия-
ми в этой группе— сложными условиями залегания, связанными с большим
числом крутопадающих разрывных нарушений и интенсивной складчатостью
пород, с наличием слабых глинистых прослоев и слоев глин, а также
значительной сложностью гидрогеологических условий, определяемой нали-
чием водоносных подугольиых горизонтов в лежачем боку или наличием изо-
лированных тектонических зон.
4.3.11.	К этим месторождениям относится все сказанное по поводу ме-
сторождений второй подгруппы, но при этом увеличивается число участков,
отличающихся составом пород и строением, а следовательно, увеличивается
число инженерно-геологических скважин (как и общее число разведочных
скважин).
При проведении детальной разведки обычно выявляются основные струк-
турные элементы и степень трещиноватости пород; элементы залегания
поверхностей ослабления массива вмещающих пород и их частота могут
уточняться в ходе эксплуатационной разведки.
4.3.12.	Примером месторождений третьей подгруппы служит Бачатское
месторождение Кузбасса, геологический разрез которого приведен на
рис. 4.12.
Бачатское месторождение представлено полосой продуктивных отложе-
ний, вытянутых с северо-запада на юго-восток, и включает свиту круто-
падающих пластов энергетических и коксующихся углей.
Месторождение детально разведано до отметки ±0 м или примерно иа
глубину 300 м от поверхности. Предварительной разведкой установлено
распространение свиты до отметки — 300 м, что соответствует глубине от-
работки 550—600 м. В тектоническом отношении Бачатский район рас-
сматривается как грабен, в пределах которого вскрывается чрезвычайно
сложная брахисииклииальиая структура, осложненная рядом более мелких
70
71
Рис. 4.11. Геологический разрез Коркинского буроугольного месторождения.
} — суглинок. глина, песок. 2 песчаник. 3 алевролит; 4 аргиллит; 5 уголь; 6 проектный контур карьера
Рис. 4.12. Геологический разрез Бачатского каменноугольного месторождения.
1 — песчаник; 2 — алевролит; 3 — аргиллит. 4 — уголь; 5 — зоны разломов и тектонические разрывы; 6 — проектный контур карьера.
72
73
складок и разрывными нарушениями типа прямых и обратных взбросов.
Складки характеризуются крутыми (50—80°) сближенными, иногда опро-
кинутыми крыльями. Геологическое строение месторождения очень сложное,
особенно на северо-западной и юго-восточной окраинах, где полоса про-
дуктивных отложений сужена. В пределах месторождения встречено боль-
шое число значительных зон разломов и разрывов, различных по форме и
амплитуде. - Крупное нз них — Бачатский тектонический разлом на юго-
западном борту с шириной зоны смятия до 170 м. Простирание нарушений
в общем согласуется с простиранием угленосной полосы, падение юго-
западное, обычно крутое— 75—90°. Амплитуда по плоскости взбрасывате-
ля изменяется в широких пределах н достигает 500 м и более.
4.3.13.	Породы угленосной толщи представлены песчаниками, алевроли-
тами и аргиллитами (сцепление пород изменяется от 1,0—1,5 до 15,0 МПа).
В связи с интенсивной тектонической нарушенностью почва и кровля уголь-
ных пластов вследствие послойных перемещений нарушены и неустойчивы.
Покровные отложения мощностью от 3—10 м на северо-западе до 63 м на
юго-востоке представлены суглинками.
Горные работы на разрезе нм. 50-летня Октября, разрабатывающем
Бачатское месторождение, начаты в 1949 г. В 1974 г. составлен проект ре-
конструкции этого разреза до отметки ±0 м (глубина карьера около 350 м).
Следует отметить отсутствие разведки прибортовых зон, недостаточную
разведанность района зоны Бачатского тектонического разлома, отсутствие
данных о мощности четвертичных отложений и др.
4.3.14.	Основная задача проводимой позднее (с 1972 г.) трестом Куз-
бассшахтогеология доразведки состояла в уточиенни литологического со-
става и тектонической нарушенности пород в бортах в их предельном
положении, а также уточнение границ Бачатского разлома; вскрытием гор-
ными работами в прежних его геологических границах не подтвердилось
наличие нарушенных пород, характерных для тектонических зон.
Изучение структуры пород в бортах разреза им. 50-летия Октября про-
водилось ВНИМИ с целью исследования качественной и количественной
характеристик трещиноватости массива для оценки устойчивости бортов.
Наблюдения показали, что в породах Бачатского месторождения развита
нормально- и кососекущая трещиноватость. Элементы залегания нормально-
секущих трещин взаимосвязаны с залеганием напластования. В породах вы-
явлены до 6—7 систем трещин; число систем трещин, как и интенсивность,
зависит от нарушенности участков. Трещины имеют разный характер по-
верхности. Для аргиллитов характерны чаше гладкие поверхности (ф'=
= 15-4-20°), для песчаников (<р'=28-ь31°) и углей шероховатые, зернистого
строения. Часто поверхности трещин покрыты глинистым или известкови-
стым материалом. В глинистых породах и углях наблюдаются трещины,
имеющие зеркальную поверхность (ф'=13°).
Ввиду большого разнообразия условий залегания горных пород выде-
ление из общей совокупности систем трещин, оказывающих существенное
влияние на устойчивость откосов, производится в каждом конкретном слу-
чае путем анализа трещиноватости на том участке, устойчивость которого
оценивается.
74
4.4.	Обоснование объема инженерно-геологических работ
на месторождениях, сложенных скальными породами
4.4.1.	Прочность пород в образце для скальных пород оказывает влияние
на углы наклона бортов лишь при глубине разработки более 200—300 м.
При глубине разрезов до 200 м нет необходимости детально изучать проч-
ность пород в образце, так как решающим фактором является структура
массива, главным образом слоистость, сланцеватость, тектонические нару-
шения, а также отдельные трещины протяженностью 10—20 м и более.
Поэтому число инженерно-геологических скважин на месторождениях,
сложенных скальными породами, может быть минимальным, с тем чтобы
установить приближенные значения прочности всех литологических разно-
стей пород. При глубине зоны выветривания более 50 м ее изучение про-
водится в соответствии с требованиями к месторождениям, сложенным
полускальными породами.
4.4.2.	Месторождения первой подгруппы характеризуются простыми
условиями: слабой изменчивостью залегания и выдержанностью состава
пород как по мощности, так и по простиранию.
На месторождениях, сложенных скальными породами, для проектиро-
вания горнодобывающего предприятия достаточно данных разведки, в ре-
зультате которой должна быть дана общая инженерно-геологическая
характеристика месторождения. Для этой цели необходимо отобрать 10—15
образцов каждой литологической разности и определить их прочность на
сжатие. В процессе разведки должны быть установлены интенсивность
и характер трещиноватости и элементы залегания слоистости и тектониче-
ских нарушений.
Примером этой подгруппы месторождений являются месторождения
Тугнуйской угленосной площади (рис. 4.13).
4.4.3.	Угленосная тугнуйская свита залегает в одних случаях согласно
на породах базальной подсвнты, в других — на размытой поверхности
пород эффузивно-туфогенного комплекса и на кристаллических породах
доюрского возраста. Литологически свита представлена в основном раз-
нообразными песчаниками (2/3 мощности свиты) и гравелитами с про-
слоями аргиллитов, углистых аргиллитов и пластами каменного угля.
Тугнуйская свита заключает в себе 24 пласта и 5 линз угля различной
мощности и строения. Песчаники повсеместно широко распространены,
образуют мощные слои, являются крепкими породами. Аргиллиты
и алевролиты — крепкие породы. В зоне выветривания, на контакте с верх-
ним угольным пластом наблюдается небольшой мощности прослой слабого
песчаника (С=0,22 МПа, ф=35°) и тонкий прослой углистого алевролита
(0,045 МПа, 34°).
Осадочные четвертичные отложения образуют повсеместно развитый
покров озерно-речного, пролювиального и элювиально-делювиального про-
исхождения (пески, песчаные глины, галечники, суглинки); средняя мощ-
ность четвертичных отложений 25 м. К ним приурочена островная много-
летняя мерзлота, глубина нижней границы которой изменяется от 5 до 50 м,
температура пород минус 1 —1,5° С.
75
Рис. 4.13. Геологический разрез Олонь-Шибирского
1 — глина; 2 - песок,- 3 песчаник,- 4 алевролит.
каменноугольного месторождения Тугнуйской угленосной площади.
5 уголь; 6— углистые аргиллиты, 7 - эффузивно-туфогенныс породы
-800
-760
-720
-680
-640
4.4.4.	Угленосная серия образует довольно крупную синклиналь первого
порядка, почти широтного простирания. Основная структура осложнена по-
перечной гофрировкой, в результате чего образовалось несколько допол-
нительных пологих брахисинклинальных складок второго и более мелких
порядков, разделенных небольшими антиклинальными поднятиями. В ре-
зультате этого в пределах Тугнуйской депрессии образовались Олонь-
Шнбирская (крайняя восточная), Никольская, Шангннская, Эрдем-Галтай-
ская угленосные мульды, разделенные более или менее заметными попереч-
ными поднятиями фундамента. Залегание пород в мульдах довольно по-
логое— до 8—10°, на крыльях синклиналей углы падения пород увеличи-
ваются до 20—30°. Складчатая структура осложнена серией крупных,
средних и мелких разрывных нарушений северо-восточного и северо-запад-
ного простирания.
Гидрогеологические условия месторождений несложные. Подземные во-
ды главным образом пластово-трещинного и трещинного типа гидравли-
чески связаны. Водообильность пород угленосной серии невелика.
4.4.5.	В состав Тугнуйского угленосного района входят Никольское и
Олонь-Шибирское каменноугольные месторождения. Оба месторождения
разведаны и подлежат отработке открытым способом. На Никольском
месторождении угольные пласты рабочей мощности залегают на глубине
6—68 м; падение пластов пологое с углами от 0—10 до 20—25°. Залегание
пород Олонь-Шибирского месторождения близко к горизонтальному
(0—8°), глубина залегания пластов от 8 до 200 м.
4.4.6.	Вторая подгруппа месторождений, сложенных скальными по-
родами, характеризуется наклонным и крутым залеганием слоев пород, на-
личием зон дробления и разрывных нарушений, иногда со значительным
перемещением пород.
Для изучения структурных особенностей массива вмещающих пород
необходимо в максимальной степени использовать все разведочные сква-
жины и горные выработки; специальные структурные скважины необходимо
бурить в лежачем боку, где геологоразведочные скважины обычно отсут-
ствуют. Число скважин, с достаточной точностью устанавливающих эле-
менты залегания поверхностей ослабления в пределах призмы возможного
обрушения бортов лежачего и висячего бока, определяется в каждом
конкретном случае в зависимости от сложности тектоники.
В качестве примера этой подгруппы рассматривается Нерюнгрин-
ское каменноугольное месторождение, расположенное в Алдано-Чульман-
ском угленосном районе Южно-Якутского бассейна.
4.4.7.	Нерюнгринское месторождение представляет собой крупную
брахисинклннальную складку, вытянутую с северо-запада на юго-восток
с углами падения крыльев на выходах до 35° и почти горизонтальным зале-
ганием в центре складки.
Угольный пласт Мощный, предназначенный к отработке Нерюнгринским
разрезом, приурочен к верхней границе отложений нерюнгрннской свиты
и имеет мощность 25—27 м. Выше пласта Мощного залегают отложения
холодниканской свиты, мощность которой в центре мульды 315 м. Ниже
пласта Мощного на 100—120Ли залегает пласт Пятиметровый, разработка
которого в проекте в настоящее время не предусматривается, но который
является вторым объектом разведочных работ на месторождении.
Отложения холодниканской свиты (породы вскрыши) характеризуются
грубозернистым составом, в основании залегает 80—90-метровая пачка
грубозернистых, иногда гравелистых песчаников, выше толща песчаников,
в основном средне- и мелкозернистых с прослоями крупнозернистых пес-
чаников и тонкозернистых пород. Тонкозернистые породы (алевролиты и
аргиллиты) имеют ограниченное распространение и встречаются, как пра-
вило, в виде единичных линзовидных тел. Породы нерюнгрннской свиты
представлены в основном средне- и крупнозернистыми песчаниками
кварц-полевошпатового состава. В кровле и почве пласта Мощного зале-
гают аргиллиты, алевролиты и мелкозернистые песчаники. Породы проч-
ные, сцепление пород в зависимости от состава цемента 13,0—25,0 МПа.
4.4.8.	Нерюнгринская синклинальная складка осложнена субширотными
(более древними и крупными) и субмеридиональными (более молодыми)
тектоническими нарушениями, сопровождаемыми, как правило, зонами
дробления. Доразведка, проводимая в настоящее время в северо-восточной
и восточной частях месторождения, выявила новые нарушения, не отмечен-
ные ранее, и вносит изменения в представления о нарушенное™ вмещающих
76
77
пород. Очевидно, в дальнейшем следует ожидать выявления новых разрыв-
ных нарушений в пределах недоразведанной части месторождения. Харак-
терной чертой выявленных к настоящему времени тектонических нарушений
являются их крутые углы падения (70—90°).
Изучение трещиноватости пород в забоях уступов разреза позволило
выявить 3—4 системы трещин, формирующих элементарные блоки вмещаю-
щих пород. Угли пласта Мощного сильно дислоцированы, в них может на-
блюдаться до 6—8 систем трещин, невыдержанных по простиранию. Форма
блоков вмещающих пород чаще прямоугольная, реже ромбовидная, размеры
блоков в зависимости от состава цемента песчаников от 0,3 до 0,5 м. Форма
блоков в угольном пласте чечевицеобразная, редко ромбовидная, размеры
блоков от 0,1 до 0,05 м.
4.4.9.	Гидрогеологические условия месторождения определяются наличи-
ем единого гидравлически связанного водоносного комплекса, в пределах
которого выделяются надугольный и подугольный водоносные горизонты,
приуроченные к трещиноватым песчаникам и алевролитам. Слабопронн-
цаемый пласт угля Мощный может рассматриваться в качестве относитель-
ного водоупора при оценке условий дренирования надугольного горизонта,
максимальная мощность которого достигает в центре мульды 150 м. Мощ-
ность подугольного горизонта 100—150 м.
Среднее значение коэффициента фильтрации песчаников порядка 1 м/сут
при гравитационной водоотдаче порядка 10 2. Для надугольного и под-
угольного горизонтов характерна существенная фильтрационная неоднород-
ность в плане и в разрезе, связанная с тектонической нарушенностью пород.
Режим подземных вод определяется ограниченностью статических за-
пасов и относительно слабым инфильтрационным питанием по локальным
участкам таликов.
4.4.10.	Мерзлотные условия месторождения характеризуются широким
развитием таликов (многолетнемерзлые породы занимают 80% площади
месторождения), высокими (в отличие от остальных областей Южной Яку-
тии) среднегодовыми температурами пород, относительно небольшой мощ-
ностью многолетнемерзлых пород и высокой динамичностью мерзлотной
обстановки (возможностью перехода от мерзлого состояния в талое и на-
оборот).
Температура мерзлых пород на водоразделах —0,5° С, а их нижняя гра-
ница залегает на глубине 50—70 м. Наибольшие мощности мерзлых пород
(100—150 м) и соответственно более низкие температуры (до —4° С) от-
мечаются на склонах глубоко врезанных долин северо-восточной экспози-
ции, а также в днищах долин рек и ручьев.
Под руслами рек и отчасти низкой поймой рек Чульман, Верхняя
Нерюнгри, руч. Холодникан развиты сквозные сплошные талики.
4.4.11.	В этих условиях для решения вопроса устойчивости бортов раз-
реза необходимо знать структурно-тектоническую обстановку (степень тек-
тонической нарушеиности пород, элементы залегания зон дробления и тек-
тонических нарушений, а также слоистости), сопротивление сдвигу по по-
верхностям ослабления и изменение температурного режима пород.
4.4.12.	Наблюдаемые в настоящее время деформации площадок рабочих
уступов (Западный участок) в виде провалов и оседаний мелких внутри-
78
трещинных блоков вызваны интенсивной тектонической иарушеиностью
пород участка и изменением температурного режима мерзлых горных пород
в процессе ведения вскрышных пород.
При направлении падения напластования пород в сторону массива нали-
чие таких зон, хотя и ослабляет массив, все же общей устойчивости уступов
ие нарушает, усложняя лишь технологические процессы отработки уступов.
На участках, где падение напластования направлено в сторону вы-
работанного пространства, указанная обстановка может вызвать и дефор-
мации всего уступа.
4.4.13.	Третья подгруппа. Месторождения характеризуются сложной тек-
тоникой: обычно крутым залеганием, интенсивной складчатостью, наличи-
ем большого числа крупных и мелких разрывных нарушений. На место-
рождениях со сложной тектоникой даже при большом сближении разве-
дочных скважин в период детальной разведки структура массива не может
быть выявлена полностью.
4.4.14.	При разведке месторождений в этих условиях необходимо более
широко применять геофизические методы разведки. В таких геологиче-
ских условиях обязательной является эксплуатационная разведка условий
залегания и тектонической нарушенности угольного пласта и вмещающих
его пород.
4.4.15.	В прибортовой части массива за различными экранирующими зо-
нами (например, дайки водонепроницаемых пород) могут сохраняться вы-
сокие напоры, способные привести к обрушению бортов, что особенно важно
учитывать при откосах значительной высоты. Поэтому в период разведки
месторождений важно выявить наличие непроницаемых экранов в толще
водоносных трещиноватых скальных и полускальных пород.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
МЕТОДИКА БУРЕНИЯ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН
И ОТБОРА ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД
Основным требованием к методике бурения инженерно-геологических
скважин является обеспечение максимального выхода керна и сохранение
его естественной структуры и влажности.
При исследовании прочности скальных и полускальных пород бурение
обычных геологических скважин с отбором керна удовлетворяет требованиям
инженерно-геологического изучения; минимальный диаметр керна, обеспе-
чивающий возможность лабораторных испытаний, для скальных и полу-
скальных пород 30 мм; дополнительным требованием к инженерно-геологи-
ческим скважинам является детальная документация керна: выход керна,
наличие трещиноватости, заполнитель трещин и пр.
Отбор образцов скальных и полускальных пород производится из каж-
дой литологической разновидности, для которой нужно получить расчетные
характеристики. Обычно отбираются образцы длиной 20—30 см, которые
наиболее удобны для упаковки и хранения. Из однородного слоя достаточно
отобрать 3—4 образца общей длиной около I м, при большой мощности слоя
отбор образцов повторяется через 30—50 м. Образцы скальных пород, как
правило, не парафинируются, образцы полускальных пород парафинируют-
ся в один слой. Для транспортировки к месту испытания образцы скла-
дываются в ящики и пересыпаются опилками.
Более высокие требования предъявляются к инженерно-геологическим
скважинам при разведке толщи слабых глинистых пород. Для этих пород
необходимо соблюдать определенный режим бурения, метод отбора образ-
цов, их упаковки и хранения. Нарушение естественной структуры и влажности
глинистых пород при бурении происходит по следующим причинам: во-
первых, сам процесс обуривания керна приводит к частичному или полному
нарушению его за счет расслаивания или скручивания; во-вторых, порода
при разгрузке от естественного напряженного состояния впитывает воду,
окружающую его, что приводит к разуплотнению и, следовательно, к разу-
прочнению. Кроме того, при отборе образцов пород, залегающих выше
уровня грунтовых вод, происходит их уплотнение и насыщение водой.
В настоящее время основным видом бурения инженерно-геологических
скважин большой глубины является колонковое вращательное бурение.
Применение специальных грунтоносов для отбора образцов не обеспе-
80
чивает максимального сохранения естественного сложения пород и всегда
приводит к существенному осложнению процесса бурения. Образцы, ото-
бранные из керна, обуренного обычной колонковой трубой с коронкой,
и при помощи специального грунтоноса, при прочих равных условиях имеют
одну и ту же степень сохранности. Поэтому специальные грунтоносы
(системы Симонова, ВСЕГИНГЕО и др.) рекомендуются лишь для отбора
образцов пород группы V (илов, плывунов и других весьма слабых пород).
Изложенные в п. 2.3 требования к методике бурения инженерно-геологи-
ческих скважин составлены на основе опыта бурения таких скважин, на-
копленного в процессе исследования устойчивости бортов карьеров.
Во всех случаях в породах различного литологического состава
и различной прочности применялось колонковое вращательное бурение
с промывкой глинистым раствором по породам неводонасыщенным или
склонным к набуханию.
Дополнительным условием при бурении по пескам и песчаным глинам
является сокращение до минимума подачи промывочного раствора с целью
предотвращения размывания керна и уменьшение частоты вращения буро-
вого снаряда до 120—180 об/мин.
Предохранение керна от набухания (при проникновении грунтовой воды
и промывочной жидкости), как показывает практика, может быть достиг-
нуто применением густого активного глинистого раствора. Плотность такого
раствора должна составлять 1,15—1,20 г/см3. Лучшие результаты дает
применение глинистого раствора из тонкодисперсных гидрослюднстых или
монтмориллонитовых глин. При этом вязкость раствора доводится до 20—
22 с, а для песчаных разностей — до 35 с. Коллоидальность глинистого
раствора должна составлять 94—96%, т. е. в течение 24 ч раствор должен
давать не более 4—6% отстоя.
Применение глинистого раствора предотвращает насыщение водой об-
разцов, отбираемых выше уровня грунтовых вод.
Отбор и упаковка образцов должны производиться таким образом, чтобы
предотвратить возможность изменения их естественного состояния. Прежде
всего нельзя допускать изгиба керна при его извлечении из колонковой
трубы. Затем керн зачищается ножом со снятием слоя глинистого раствора
по периметру с целью ликвидации возможности проникновения промывоч-
ной жидкости внутрь образца.
При зачистке керна ножом по сопротивлению резанию производится
выделение однородных прослойков пород.
Образцы отбираются из каждой литологической разновидности, а при ее
мощности более 3—5 м из каждого 3—5-метрового интервала. На каждом
интервале опробования отбирается не менее двух образцов монолитов
длиной 20—25 см каждый. Это позволяет для данного интервала построить
график прочности, а затем сравнивать его с графиками прочности для дру-
гих интервалов и судить об однородности геологического разреза (для
слоев пластичных глин мощностью до 1 м, залегающих в нижней половине
вскрышной толщи, парафинируется весь керн).
При изложенном порядке отбора образцов из каждой скважины объем
керна оказывается достаточным для определения гарантированного
значения сопротивления сдвигу при 3—4 ступенях нормальных напряже-
81
ний по каждому однородному слою отдельно по каждой скважине. После
отбора образец покрывается тонким слоем парафина, затем обертывается
слоем смоченной в парафине бумаги. Такой слой бумаги предохраняет
образец от проникновения воздуха, а кроме того, создает каркас упаковки,
предохраняющий образец от нарушения естественного сложения. Поверх
бумаги образец покрывается смоченной в парафине марлей, а зутем —
двумя-тремя слоями парафина. Такие требования предъявляются к пара-
финированию образцов длительного хранения.
Если испытания производятся вскоре после отбора образцов, то пара-
финировать образцы можно с меньшим числом слоев парафина. В качестве
водонепроницаемого покрытия кроме парафина можно использовать также
гудрон с добавкой минерального масла.
При проведении испытаний на срез большей частью не требуется испы-
тывать весь керн (после того как геологоразведочные организации при-
обретут достаточный опыт, объем отбираемого из скважин керна для лабо-
раторных испытаний на срез может быть сокращен).
При проведении испытаний может оказаться, что отдельные слон, кото-
рые при отборе образцов рассматривались как разнородные, по меха-
ническим характеристикам оказались однородными, и результаты их испы-
таний можно обрабатывать совместно, построив для них общий график.
В этом случае не потребуется испытывать весь керн по каждому слою.
Подобное положение может создаваться и при испытании образцов
одного и того же слоя, отобранных из нескольких скважин; если при испыта-
нии окажется, что средние значения, определенные по небольшому числу
испытаний для различных скважин, совпадают, то гарантированные зна-
чения для этого слоя можно определять не по каждой скважине отдельно,
а по всем этим скважинам одновременно. При этом испытания следует
производить в порядке, изложенном в п. 2.5.
ПРИЛОЖЕНИЕ II
ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОЧНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
11.1. Полевые испытания образцов правильной формы
на срез и одноосное сжатие
В полевых условиях испытания на срез и одноосное сжатие образцов
правильной формы проводятся для однородных песчано-глинистых пород,
имеющих сцепление менее 1,0 МПа, в том числе и для многолетнемерзлых
пород.
В качестве приборов, приспособленных для проведения испытаний на
срез, может служить косой срезной прибор конструкции ВНИМИ [39],
вмонтированный в станину с винтовой передачей давления (рис. II.I)
или в полевой гидравлический пресс.
Рабочая часть прибора состоит из двух коробок, в которые помещается
образец диаметром 70 мм и высотой 35 мм.
Давление на прибор косого среза передается через динамометр, по
показаниям которого определяется общее усилие при срезе.
82
Рис. II.1. Схема полевого прибора
на косой срез.
/—рукоятка; 2—винт; 3—верхнмя плита;
4 - стойка; 5 — динамометр, 6 — шток; 7 —
направляющая крестовина; 8 — индикатор;
9 — шариковая постель, 10—матрицы; 11 —
нижняя плита
Рис. II.2. Схема динамометрического
прибора.
1 — образец; 2 — индикатор деформаций образца;
3 — штамп; 4 — динамометр; 5—индикатор дефор-
маций динамометра, б — станина; 7 — натяжное
устройство
График сопротивления сдвигу т==/(п„) строится на основании результа-
тов испытания на срез, проводимых под углами 60, 45, 30°. Достоинством
испытаний на косой срез является непосредственное получение характе-
ристик прочности породы, используемых при расчетах устойчивости: сце-
пления и угла внутреннего трения.
С помощью полевых гидравлических прессов, а также с помощью дина-
мометрических прессов можно производить испытания на сжатие образцов
правильной формы. В качестве примеров динамометрических приборов мож-
но привести уже упоминавшийся прибор ВНИМИ с винтовой передачей
давления и прибор (рис. II.2), сконструированный в НИИ оснований
и подземных сооружений [15].
83
Испытания образцов правильной формы на одноосное сжатие следует
проводить между шероховатыми плитами, устанавливая в основании образ-
ца роликовую постель. Высота образца должна в 2 раза превышать его
диаметр, торцевые поверхности отшлифованы, параллельны между собой и
перпендикулярны к оси образца.
II.2.	Испытания образцов полуправильной формы
на сжатие
Испытание на сжатие, равно как и на косой срез, образцов скальных
и полускальных горных пород затруднено необходимостью специальной
подготовки их к испытаниям.
Как известно, образцы правильной формы рекомендуется изготовлять
с отношением высоты к диаметру 2:1; грани, контактирующие с плитами
пресса, должны быть тщательно отшлифованы и между ними соблюдена
строгая параллельность.
Подобная подготовка образцов требует специального камнерезного
оборудования. Таким образом, полевые испытания должны упрощаться
с целью их максимальной допустимости, что и достигается в определен-
ной степени испытанием образцов полуправильной формы.
Метод испытаний на прочность образцов полуправильной формы при
одноосном сжатии с использованием зубчатых накладок разработан во
ВНИМИ С. Т. Кузнецовым и Ю. Г. Кротовым (21 j. Сущность метода за-
ключается в том, что при нагружении на контактах зубчатых накладок
с нешлифованными торцами образцов (рис. II.3) вследствие разрушения
Рис. П.З. Схема испытания об-
разца с применением зубчатых
накладок.
/ — образец с нешлифованными торцами;
2 — зубчатые накладки; 3 — зубцы; 4 —
слой породной крошки.
84
выступов породы образуется порошок. Породный порошок, выполняющий
роль своеобразной псевдопластической прокладки, способствует выравни-
ванию напряжений на контакте образца с накладкой в осевом направлении
и уменьшает их в радиальном направлении.
Метод рекомендуется для проведения испытаний нешлифованных об-
разцов осадочных пород высотой h^0,75d. При указанных размерах зна-
чения прочности испытываемых нешлифованных образцов идентичны по-
казателям прочности, получаемым при испытании с гладкими накладками
шлифованных образцов высотой 2d. При испытаниях нешлифованных об-
разцов пород типа мрамора, а также песчаника с крупностью зерен до 0,5 мм
рекомендуется применять зубчатые накладки с высотой зубцов 0,6 мм, для
алевролита и аргиллита 0.4—0,5 мм. При применении указанных накладок
допускается непараллельность торцов и неперпендикулярность их к обра-
зующим до 1,5 и 0,8 мм соответственно.
В комплект для испытаний входит следующее оборудование, сконструи-
рованное и изготовляемое во ВНИМИ: полевые переносные прессы БП-13
и БП-14 на 47 и 100 кН; гидроцилиндр для задания усилий; полевой керно-
резный станок для обрезания кернов по плоскостям, перпендикулярным
к продольной оси керна; насос для создания в гидросистеме пресса высо-
кого давления (60 МПа).
Достоинства метода испытаний на сжатие с использованием зубчатых
накладок состоят в надежности получаемых значений прочности, в менее
жестких требованиях, предъявляемых к обработке и размерам образцов,
возможности испытания образцов непосредственно из кернового материала.
При отсутствии полного комплекта описанного выше оборудования
(например, при отсутствии зубчатых накладок и полевого кернорезного
станка) торцы кернов могут быть обработаны на вращающемся наждачном
круге. На наждачном круге могут быть также обработаны контактирующие
с плитами гидравлических прессов грани образцов породы, отобранные
из различных горных выработок. Подготовленные таким образом образцы
разрушаются при помощи различных малогабаритных и приспособленных
к полевым испытаниям гидравлических прессов.
Для обеспечения плотного прилегания давильных поверхностей пресса
к обработанным (отшлифованным) граням образца следует применять ка-
леные шлифовальные плнты н шаровой шарнир, устанавливаемый прибли-
зительно в центре верхней грани образца.
Поскольку испытываемые образцы пород имеют нестандартные размеры,
обработку результатов следует проводить по методу, рекомендованному
в работе [7].
В основу перерасчета результатов испытаний положена формула
Баушингера—Джонсона, предложенная международным бюро по механике
горных пород при Германской Академии Наук (Берлин, ГДР) и включенная
в Международный стандарт по определению прочности пород на одноосное
сжатие.
Расчетная формула для обработки результатов испытаний образцов
полуправильной формы имеет вид
а2/1=(8ак)/[7+(2аср)/й],	(1)
85
где 02/1 — прочность образца с отношением ширины (диаметра) к высоте
оСр/Л=0,5; 0K=P/Scp — прочность испытываемого образца с иным соотноше-
нием аср и h, МПа; Р — разрушающая нагрузка при испытании, Н; Scp —
среднее значение площади сечения образца, см2; аср — среднее значение
ширины образца, см; h - высота образца, см.
Площадь сечения Scp принимается равной полусумме площадей верхней
и нижней граней образца.
Для определения сцепления в образце воспользуемся формулой
C=(<W2)-tg (45°-<р/2).	(2)
Подставив вместо п,„ значение 02/i’ вычисленное по формуле (1), полу-
чим следующую формулу для определения сцепления в образце;
С=[4о„  tg (45°—ip/2) ] / (7+2atp/h ],	(3)
где <р — угол внутреннего трения, полученный на основании лабораторных
испытаний или взятый по аналогии.
Избежать подготовки образцов правильной формы (кубов, цилиндров,
призм), что является наиболее трудоемким этапом изучения прочностных
свойств горных пород, можно, используя довольно простой и эффективный
метод, предложенный М. И. Койфманом [7]. Образцы для испытаний из-
готовляются в виде пластин с двумя параллельными обработанными пло-
скостями. Для подготовки образцов могут быть использованы керны бу-
ровых скважин и обломки пород из обнажений. Подготовленные для ис-
пытаний образцы с помощью прибора со специальными нажимными кли-
ньями (прибор ПР-2 конструкции ИГД им. А. А. Скочинского) раскалы-
ваются на бруски, а затем бруски — на образцы кубиковидной формы. Полу-
ченные при таких раскалываниях разрушающие усилия используются для
определения предела прочности на растяжение. Образцы кубиковой формы
испытываются на одноосное сжатие.
При испытаниях на растяжение методом раскалывания предел проч-
ности на растяжение ор рассчитывается по формуле
ор=2Р/(лХ),
где Р — разрушающее усилие при раскалывании, Н; S — площадь плоско-
9
сти разрыва, см .
Предел прочности на одноосное сжатие осж кубиковидных образцов
определяется по формуле
ar»=P/S,
где Р — разрушающее усилие, Н; S — площадь поперечного сечения
образцов, см2.
По значениям пределов прочности при сжатии и растяжении могут быть
построены расчетные огибающие предельных кругов напряжений Мора, ко-
торые являются наиболее полной прочностной характеристикой пород.
Расчет огибающих может быть выполнен по формуле Г. Н. Кузнецова и по
86
методике М. М. Протодьяконова. Как показывают проведенные исследо-
вания [43], построенные указанными способами огибающие близки к экспе-
риментальным.
Испытания образцов полуправильной формы на сжатие, хотя результа-
ты подобных испытаний и получаются с определенным ущербом для точно-
сти, отличаются сравнительной простотой и доступностью.
11.3.	Полевые методы испытаний образцов
неправильной формы
При невозможности подготовки в полевых условиях образцов правильной
или полуправильной формы для скальных и полускальных пород следует
рекомендовать испытания образцов неправильной формы.
Среди методов испытаний образцов неправильной формы наиболее
распространен метод, разработанный М. М. Протодьяконовым (младшим)
и В. С. Вобликовым. В основу предложенного ими метода положено допуще-
ние о том, что площадь поперечного сечения образцов пропорциональна
квадрату, а их масса — кубу линейных размеров.
Испытания заключаются в раздавливании на прессе образцов непра-
вильной формы. Прочность образцов неправильной формы определяется
по следующей формуле:
o(»=P/f=P/ v°-67=P (ц/m)0-67,
где <т'ж — временное сопротивление раздавливанию образца неправильной
формы, МПа; Р — усилие раздавливания, Н; F - площадь среднего сечения
образца, см2; V — объем образца, см3; q — плотность, г/см3; т — масса
испытываемого образца, г.
Временное сопротивление <фж образцов неправильной формы, как пра-
вило, в несколько раз меньше прочности на одноосное сжатие образцов
правильной формы. Прочность на одноосное сжатие предлагается опреде-
лять по формуле [7, 30].
О(-ж~5,Зо(-ж-
Переходный коэффициент изменяется в широких пределах для разных типов
пород и в среднем составляет 5,3.
Показатель прочности о(ж, получаемый при описанном выше методе
испытаний, по своей природе более близок к прочности на разрыв, особенно
если контакты образца с плитами пресса близки к точечным.
Для испытаний по методу М. М. Протодьяконова и В. С. Вобликова
следует отбирать куски пород, у которых три взаимно перпендикулярных
размера отличаются друг от друга не более чем в полтора раза. Нельзя
употреблять для испытания куски в виде плиток, стержней или же осколки
вогнутой формы. Все образцы, отбираемые для испытаний, должны иметь
объем около 100 см3.
Как видно из требований, предъявляемых к испытываемым образцам
(определенная форма и размер образцов, взвешивание их), последние на-
87
Рис. 11.4. Испытание образцов неправильной формы.
а — с помощью гидравлического пресса; б — прибором-пробником БУ-39.
кладывают определенные трудности при производстве массовых полевых
испытаний.
Достоинством описанного метода является то, что испытания не-требуют
кроме полевых прессов (рис. II.4) другого оборудования.
Исходя из отмеченных достоинств и недостатков испытания пород не-
правильной формы по методике М. М. Протодьяконова (младшего) и
В. С. Вобликова могут с успехом использоваться при определениях относи-
тельного изменения прочности пород (например, прочность мерзлых пород
и талых; изменение прочности пород в откосах в результате выветривания).
При производстве испытаний для определения относительного изменения
прочности пород размер и масса испытываемых образцов могут откло-
няться в разные стороны от рекомендуемых авторами метода в работе [30]
Для работы в полевых условиях удобен прибор-пробник для механи-
ческих испытаний горных пород БУ-39 конструкции ВНИМИ, позволяющий
определять пределы прочности пород при одноосном растяжении и сжатии
и модуль упругости пород. Прибор сравнительно легок- (17 кг), позволяет
развивать высокие нагрузки. Испытываемые образцы (максимальные раз-
меры 80Х80ХЮО мм) могут иметь произвольную форму. Образец рас-
калывается встречно и соосно направленными точечными нагрузками (сфе-
рическими инденторами) (23].
Согласно проведенным исследованиям испытания на приборе БУ-39
кроме удобства в отборе и изготовлении образцов для испытаний имеют
ряд преимуществ перед методом М. М. Протодьяконова и В. С. Вобликова.
88
Недостатком испытаний по методу М. М. Протодьяконова и В. С. Вобли-
кова является неопределенность контактных условий. Эта неопределен-
ность приводит к тому, что испытание при сравнительно значительных
площадях контакта образца с плитами приближается скорее к испытанию
на одноосное сжатие, чем к раскалыванию точечными нагрузками. Неопре-
деленные и различные контактные условия вызывают большой разброс ре-
зультатов испытаний и неясность в их толковании. Преимущество рас-
калывания сферическими инденторами (условия иа контакте постоянны)
очевидно.
При раздавливании образца между плоскими плитами пресса в процес-
се разрушения образца часто происходят мелкие отколы его частей, в ре-
зультате чего фиксируется несколько пиков нагрузки. Однако наиболее от-
рицательной стороной этого факта являются не столько затруднения в вы-
боре разрушающей нагрузки, сколько появляющаяся неопределенность в
выборе расчетного сечения образца F; при этом особенно значительная по-
грешность может быть допущена при использовании зависимости F=V2/3,
так как объем и форма образца к моменту раскола его на две части могут
существенно отличаться от исходных. При раскалывании же сферическими
инденторами момент разрушения образца, а также площадь поверхности
разрушения фиксируются всегда четко и определенно.
Прочность образца определяется по формуле, предложенной на осно-
вании многочисленных проведенных испытаний,
ор=0,75Р/5,
где ар — прочность образца на растяжение, МПа; Р — разрушающая на-
грузка, Н; S — площадь поверхности разрушения, см2.
Площадь поверхности разрушения определяется непосредственным под-
счетом или планиметром по контуру этой поверхности, нанесенному на
миллиметровую бумагу.
Наиболее часто образец раскалывается на две части. Иногда происходит
раскалывание образца на три части. В этом случае расчетная площадь
поверхности определяется по формуле
F=2/3 (F,+F2+F3),
где Ft, Fz, F3 — площади поверхностей по каждому из направлений раз-
рушения.
Переход от прочности на растяжение к прочности на сжатие может быть
осуществлен по следующей зависимости: асж—КперОр- Переходный коэффи-
циент КПер для разных пород колеблется в основном в пределах 10—20.
Переходный коэффициент заранее определяется на основании лаборатор-
ных или полевых испытаний одноименных пород на сжатие и растяжение
или берется по аналогии с испытанными одноименными литологическими
разностями.
89
11.4.	Полевые методы косвенного определения
прочности
Полевые методы косвенного определения прочности отличаются доступ-
ностью и простотой, что, естественно, влечет за собой уменьшение точности
получаемых результатов по сравнению с описанными выше методами испы-
таний.
Существует множество методов определения механических свойств пород
посредством вдавливания различной формы инденторов. В частности, в по-
левых условиях применяются различные динамические пробники, которые по
значению деформации пород или индентора при задаваемой индентору
определенной энергии удара позволяют оценить прочностные свойства полу-
скальных пород.
Для испытаний слабых песчано-глинистых пород могут применяться по-
левые конусные приборы (например, конструкции ВНИМИ) [39]. Наиболее
удобен прибор, нагружение в котором производится нажатием руки, а усилие
измеряется пружинным динамометром, вделанным в стойку конуса; на этой
же стойке закреплена и шкала с нониусом для измерения глубины погру
жен и я конуса.
Прочность породы при одноосном сжатии (или сцепление) определя-
ется по графикам, построенным в лабораторных условиях на основании
результатов испытаний пород различной прочности на сжатие (или срез)
и сопротивлению тех же пород вдавливанию конуса.
Часто в механике мерзлых пород при испытаниях глинистых и песча-
ных пород массивной текстуры применяется шаровой штамп Н. А. Цытови-
ча [42]. С помощью шарикового прибора (рис. II.5) можно определять как
условно мгновенное, так и длительное сцепление мерзлой породы.
Рис. II.5. Шаровой штамп
Н. А. Цытовича для ис-
следования сцепления и
длительной прочности
связных грунтов.
/ образец грунта; 2 - - шаро-
вой штамп; 3 — стопорный винт;
4 - гр)з, 5 — мессура.
90
11.5. Испытания прочности пород в массиве
Прочность пород в монолите, определенная по лабораторным или поле-
вым испытаниям, не может быть принята непосредственно к расчетам
устойчивых бортов карьеров, так как борта карьера сложены не монолитом,
а трещиноватым массивом. Прочность пород в монолите используется для
перехода к прочности пород в массиве.
В полевых условиях прочность массива горных пород определяется при
помощи натурных испытаний.
Сущность натурных испытаний заключается в следующем. В массиве
пород оконтуривают призму таким образом, чтобы она сохраняла связь
с массивом лишь по той поверхности, по которой необходимо определить
сопротивление сдвигу.
Срезающие усилия создаются гидравлическим домкратом (рис. П.6).
Разрушение призмы происходит в форме сдвига или раздавливания.
При разрушении в форме сдвига в призме отчетливо проявляется поверх-
ность, по которой происходит срез, при раздавливании такая поверхность
отсутствует.
Рис. 11.6. Схема натурных испытаний на Рис. 11.7. Пример раздавливания призмы,
«косой срез».
91
При срезе призмы по заданной поверхности сцепление в массиве опре-
деляется по формуле
С = P/S (sin а — cos a tg <р),
где Р — усилие, действующее на плоскость среза, являющееся геометриче-
ской суммой веса призмы вместе с оборудованием на ней, н усилия, раз-
виваемого домкратом:
P=Pi+bP, Pt=DS(,t.
D — удельное давление жидкости в домкрате, определяемое по мано-
метру, МПа; So — рабочая площадь домкрата, см2; t — коэффициент пере-
дачи давлений (устанавливается при градуировке); ДР—вес призмы и
домкрата с плитами, Н; S — площадь поверхности, среза, см2; <р — угол
внутреннего трення, определенный лабораторными или полевыми испыта-
ниями образцов пород, взятых из призм; а — угол между поверхностью
среза и плоскостью нижней плиты домкрата.
Если разрушение призмы происходит в форме раздавливания (рнс. II.7)
(это происходит часто, когда боковые оконтурнвающие щелн имеют одина-
ковую ширину по всей высоте призмы), то рассчитывается прочность призмы
на одноосное сжатие по формуле
где Р — усилие раздавливания, Н; S — площадь поперечного сечення
2
призмы, СМ .
В этом случае сцепление вычисляется по формуле
С=(1/2)о,ж tg(45—<р/2),
где <р — угол внутреннего трення, определенный лабораторными нлн поле-
выми испытаниями.
Предпочтительнее вышеизложенной схемы натурных испытаний являет-
ся схема, прн которой нормальные и касательные напряжения создаются
независимо (рнс. 11.8). наиболее удобно ее применение в подземных вы-
работках н шурфах. Ее преимущество заключается в том, что можно постро-
ить график зависимости касательных н нормальных напряжений т=/(оп), по
которому непосредственно определяют обе характеристики прочности мас-
сива горных пород: сцепление н угол внутреннего трення.
В комплект оборудования для натурных испытаний прнзм входят ги-
дравлические домкраты с накладными стальными плнтамн, гидравличе-
ский насос, роликовая постель, манометр, соединительная трубка высокого
давления, а также мессуры для измерений деформаций прнзм. Кроме того,
в комплект входит ресивер для поддержания давления в гидросистеме
прн проведении длительных испытаний.
В крепких полускальных н скальных породах призмы оформляются с
помощью перфораторов (бурение шпуров) и отбойных молотков (разруше-
92
Рис. 11.8. Схема натурных испытаний на «сдвиг».
ние перемычек). Естественно, при таком обуривании призм они претерпе-
вают нарушения. Кроме того, процесс подготовки призм трудоемок и дли-
телен, последнее особенно важно для мерзлых пород, так как вызывает
оттаивание призмы в откосе.
Поэтому иногда (при невозможности подготовки призмы) целесообраз-
но производить упрощенные испытания (рис. П.9), при которых не нареза-
ется призма, а оформляется перфоратором и отбойным молотком только
небольшая ниша для домкрата (например, домкрата 9С12). В этом случае
нагрузка на массив передается через шаровую пяту и жесткую плитку, а
прочность массива на сжатие определяется по формуле
асж~0,4/75,
где Р — усилие раздавливания, Н; S — площадь жесткой плитки, см2.
Проведение натурных испытаний многолетиемерзлых пород имеет особо
важное значение, так как определение общей зависимости между прочностью
массива многолетнемерзлых пород и интенсивностью трещиноватости
93
Рис. П.9. Упрощенный метод натурных
испытаний.
осложняется тем обстоятельством, что трещины в них, как правило, в различ-
ной степени заполнены льдом или дисперсным льдонасыщенным мате-
риалом. В закрытых и скрытых трещинах также находится некоторое ко-
личество льда, цементирующего породные отдельности в своеобразные моно-
литы. Кроме того, прочность и деформируемость мерзлых пород зависят
от температуры, влияющей на механические свойства льда и заполнителей.
Указанные особенности оказывают влияние на прочность и закономерность
деформации массива мерзлых пород и значительно отличают их от не-
мерзлого. Таким образом, мерзлый массив представляет собой многоком-
понентную (в простейшем случае двухкомпонентную) систему, и его проч-
ность зависит как от прочности отдельных компонентов, так и от их соот-
ношений.
При испытаниях мерзлых пород в откосах уступов в летнее время следует
сначала обобрать оттаявшие породы, а испытание производить сразу же
после нарезки прнзмы. Для определения прочности пород в талом со-
стоянии следует выбирать участки, длительное время находившиеся от-
крытыми.
Для испытаний в откосах удобен весенний или осенний период времени,
когда отрицательная температура наружного воздуха близка к температуре
пород в массиве. Если при разведке месторождения имеются подземные
выработки, то в них и следует производить испытания прочности. При
испытаниях прочности необходимо измерять температуру пород призмы
(или тех же пород вблизи призмы) в специально пробуренных шпурах
с помощью термисторов или инертных ртутных термометров.
94
ПРИЛОЖЕНИЕ III
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ
ИСПЫТАНИЕМ ОБРАЗЦОВ
В ПОЛЗУЧЕ-РЕЛАКСАЦИОННОМ РЕЖИМЕ
Основой для определения длительной прочности служит следующее
положение, вытекающее из результатов испытания по классической методи-
ке: равновесное состояние, когда при имеющейся нагрузке на образец его
деформации прекращаются, соответствует одной из точек кривой бесконеч-
но медленного нагружения [9]. Такое состояние можно получить, переда-
вая нагрузку на образец через динамометр, деформация которого автома-
тически вызывает соответствующее падение нагрузки. К образцу прикла-
дывается нагрузка, составляющая какую-то часть от предела прочности
при кратковременном (стандартном) испытании. Под воздействием нагруз-
ки в образце развиваются деформации ползучести, вызывающие в свою
очередь падение создаваемой прессом нагрузки. Процесс снижения нагруз-
ки длится до тех пор, пока не прекратятся деформации образца и не на-
ступит равновесное состояние между передаваемой образцу нагрузкой и
внутренними силами сопротивления породы. Нагрузка и деформация ха-
рактеризуют одну точку на кривой бесконечно медленного нагружения.
Испытания с этой целью проводятся следующим образом. На образец
дается нагрузка, составляющая 30—50% от разрушающей (стандартной)
прочности. После полной стабилизации нагрузки и прекращения деформа-
ций на образец дается нагрузка, несколько большая первоначальной, и об-
разец опять оставляют до момента полной стабилизации нагрузки и пре-
кращения деформаций. Такие циклы нагружения продолжаются до тех пор,
пока стабилизирующаяся нагрузка в данном цикле не будет меньше, чем
в предыдущем.
Полное испытание длится 5—10 сут в зависимости от пластических
свойств пород. Образец при испытании нужно изолировать от окружающей
среды (поместить в резиновую оболочку, изоленту и т. п.), а после испытания
проверить его влажность.
По данным испытания строится график зависимости нагрузок и дефор-
маций. Кривая, соединяющая точки со стабилизировавшимся во времени
напряжением в циклах, до точки А (рис. Ш.1) является участком бесконеч-
но медленного нагружения. Кривая АВ характеризует длительную остаточ-
ную прочность породы в зоне преобладающего пластического необратимого
деформирования, когда деформация образца превышает предельную е11р;
соответствующую пределу длительной прочности.
Анализ результатов испытания образцов на длительную прочность вы-
являет хорошо прослеживаемую закономерность деформирования пород, ко-
торая позволяет значительно упростить методику испытаний. Установлено,
что график зависимости деформаций е от напряжений о как при быстром
равномерном нагружении, так и при бесконечно медленном, построенный
95
Рис. III.I. Определение длительной прочности по лабора-
торным испытаниям образцов.
в логарифмических координатах, становится прямолинейным (рис. Ш.2),
это свидетельствует о степенной зависимости
о=Лтя,
где А — параметр функции с размерностью напряжения; т — тангенс угла
наклона прямой к оси абсцисс.
Коэффициент т для обоих графиков одинаков (прямые параллельны
между собой). Это значит, что при одинаковой деформации отношение
напряжения длительного нагружения к напряжению быстрого нагружения
равно во всех частях графика, т. е. коэффициент длительной прочности
т]=осс/оСт можно определить по любому промежуточному значению дефор-
мации при известных соответствующих ей напряжениях быстрого о'„ и дли-
тельного нагружения.
Ускоренный метод определения длительной прочности по одному циклу
нагружения сводится к следующему. Образец с определенной, обязатель-
Рнс. III.2. График зависимости деформации
от напряжения в кратковременном (/) н дли-
тельном (2) режимах.
96
б
б.
б
Рис. III.3. График зависимости
времени разрушения горных по-
род (/) и времени затухания
деформаций (2) от действующей
нагрузки.
Л-j — срок службы сооружения; о1Я —- со-
ответствующая расчетная прочность.
но постоянной скоростью нагружается до начального напряжения он, со-
ставляющего 50—80% от стандартной прочности, и отсчитывается соот-
ветствующая ему деформация е„. В процессе нагружения при напряжении,
составляющем 10—15% от стандартной прочности, берется отсчет Oj, е,.
После установления равновесного состояния берется отсчет и ек.
Коэффициент длительной прочности определяется по формуле
где m=(lg€7„ — lgOi)/(lgeH—lg«i).
Долговременная прочность на одноосное сжатие определеяется пря-
мыми испытаниями высоких образцов под сжимающей нагрузкой. Для
получения полного графика длительной прочности нужно провести не менее
трех испытаний на срез. При косом срезе одним испытанием определяется
полное напряжение, характеризующее длительную прочность на сдвиг при
данном угле среза. На одноплоскостных срезных приборах, где нормаль-
ные и касательные нагрузки создаются независимо, при заданном нормаль-
ном напряжении определяется касательное напряжение, характеризующее
длительную прочность на сдвиг. При испытаниях на таких приборах необ-
ходимо касательную нагрузку передавать через динамометр.
Для пород крепких и средней крепости угол внутреннего трения не из-
меняется от длительности испытания, поэтому для них коэффициент т),
полученный при испытании на одноосное сжатие и косой срез, прямо ис-
пользуется для определения длительного сцепления: Сос=т]С. Для неуплот-
ненных пород типа глин и суглинков и слабоуплотиенных выветрелых пород
типа аргиллитов, алевролитов и сланцев нужно получать график длительной
прочности независимо от графика стандартной прочности, поскольку для
таких пород угол внутреннего трения не всегда может быть постоянным.
При длительном воздействии нагрузок горные породы со временем раз-
рушаются, если действующие напряжения больше предела длительной
прочности и меньше стандартной (кривая 1 на рис. III.3), или испытывают
затухающие деформации, если действующие напряжения меньше предела
длительной прочности (кривая 2).
97
Первая кривая выражает расчетную прочность в зависимости от срока
службы сооружения. По скорости разрушения горной породы кривую на
графике можно разделить на два участка: крутой, где разрушение породы
происходит быстро, и пологий, где порода не разрушается длительное время.
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ
ПО КОНТАКТАМ ПОРОД
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
1. Определение сопротивления сдвигу по плоскостям ослабления
(трещинам, слоистости и другим поверхностям ослабления) производится
в лабораторных условиях на специальных сдвиговых приборах (рис. IV. 1,2),
позволяющих раздельно создавать нормальные и касательные напряжения.
Для испытания необходимо выбирать ровные контакты и предварительно их
цементировать в оболочку, размеры и форма которой соответствуют ра-
бочей коробке прибора; открытыми остаются испытываемые поверхности,
которые при цементации устанавливаются параллельно основаниям коро-
бок.
Опыты для одних и тех же поверхностей производятся при 3—4 нор-
мальных напряжениях и по полученным результатам строится график
зависимости T=f(o„). Эта зависимость, как правило, выражается прямой
линией, угол наклона которой соответствует углу трения по данным по-
верхностям.
Рис. IV. 1. Сдвиговой прибор для определения
сопротивления сдвигу по контактам пород.
Рнс. IV.2. Сдвиговой прибор
БП-27
98
Рис. IV.3. Зависимость деформации от
сдвигающего напряжения на контакте при
испытании на длительную прочность.
2. Длительная прочность по контактам слоев определяется по той же
методике, что и для образцов на срез [9]. Контактирующие образцы,
изолированные от окружающей среды резиновой оболочкой, испытываются
в срезном приборе. Образец нагружается нормальной нагрузкой, после чего
к нему прикладывается касательная нагрузка, меньшая, чем при стандарт-
ном испытании (быстрый сдвиг). Под действием касательной нагрузки на
контакте происходят деформации ползучести, которые вызывают в свою оче-
редь снижение касательной нагрузки (разжатие динамометра). По истече-
нии определенного времени деформации на контакте прекращаются, сдви-
гающая нагрузка стабилизируется. Сдвигающая нагрузка увеличивается на
20—30%; так повторяется до тех пор, пока стабилизирующаяся касатель-
ная нагрузка не станет постоянной (рис. IV.3), оиа и будет характеризовать
длительную прочность на сдвиг для данного нормального напряжения.
Испытание длительной прочности контакта можно значительно ускорить,
прикладывая сразу сдвигающую нагрузку к образцу, т. е. доводя деформа-
ции на контакте до горизонтального участка деформационной кривой при
быстром нагружении. Единичное испытание при одной нормальной нагрузке
длится 2—3 сут.
По трем-четырем испытаниям, проведенным при различных нормальных
напряжениях, получается график длительной прочности одного контакта.
Для весьма слабых пород два-три испытания должны быть проведены при
OnZXTn-
Условия разуплотнения контактов слоев на разрезах следующие. Перед
началом работы разреза контакт на глубине Н имеет влажность — плотность,
соответствующую эффективному вертикальному давлению HQg или /7(р— l)g.
В борту разреза часть вертикального давления снимается, и порода иа кон-
такте получает возможность для разуплотнения до приобретения ею влажно-
сти — плотности, соответствующей новому напряженному состоянию, кото-
рое характеризуется появлением наряду с нормальным напряжением и
касательного. Таким условиям разуплотнения соответствует следующая ме-
тодика испытаний. К образцам с обводненным контактом, находящимся
под нормальной нагрузкой, прикладывается через динамометр предельное
99
касательное усилие, при котором по контакту происходит смещение. В этом
положении образец оставляется на длительное время до полной стабили-
зации касательной нагрузки (длительная прочность). Затем часть нормаль-
ной нагрузки снимается. Под действием воды, разуплотняющей породу иа
контакте, и касательной нагрузки возобновляется медленный сдвиг верхне-
го образца и уменьшается соответственно касательная сила. Через 2—3 сут
сдвиг полностью заканчивается, что возможно при полном прекращении
пластических деформаций и разуплотнения на контакте. Установившаяся
касательная нагрузка определяет прочность на сдвиг разуплотненного
контакта при данной нормальной нагрузке.
Испытания нескольких разновидностей контактов по этой методике
показали, что график прочности на сдвиг разуплотненных контактов
совпадает с графиком длительной прочности обводненных контактов.
Отсюда следует важный вывод, что методика определения длительной
прочности обводненных контактов учитывает изменение прочности, обуслов-
ленное разуплотнением контактирующих пород.
ПРИЛОЖЕНИЕ V
ДЕФОРМАЦИИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ,
ОТКОСОВ УСТУПОВ И ОТВАЛОВ
V.I. Классификация деформаций
V.I.I. При изучении инженерно-геологических условий месторождений,
подлежащих разработке открытым способом, необходимо иметь отчетливое
представление о характере деформаций, которые могут возникнуть в бортах
карьеров.
Наблюдения за развитием деформаций откосов горных пород дают воз-
можность объективно оценивать влияние различных факторов на устойчи-
вость откосов и иа их деформирование, а это в свою очередь определяет
необходимую степень детальности изучения этих факторов в различных гео-
логических условиях.
V.I.2. В табл. V.I дана классификация деформаций бортов карьеров,
составленная ВНИМИ на основе длительных наблюдений за развитием де-
формаций на угольных, рудных и нерудных карьерах. В классификации
ВНИМИ все деформации откосов уступов и бортов карьеров разделены на
пять видов, отличающихся геологическим строением массива, характером
проявления и причинами возникновения: осыпи, обрушения, оползни, про-
садки и оплывины.
V.I.3. Между отдельными видами деформаций не существует четкой гра-
ницы. Осыпи и обрушения различаются по относительным размерам де-
формирующихся массивов, а обрушения и оползни — по скорости дефор-
мации, зависящей от наклона поверхности скольжения и от характера напря-
женного состояния пород по поверхности скольжения.
Существует непрерывный переход от быстро происходящих «чистых обру-
шений», когда по всей поверхности скольжения породы находятся в твердом
состоянии, а сама поверхность скольжения располагается круче угла
100
Таблица V. 1
Классификация деформаций бортов карьеров и отвалов
Вид и характер
деформаций
Обрушения, оползни
и оплывииы
Условия и причины возникновения
Осыпи -— скаты-
вание отдельных
кусков и глыб к ос-
нованию откоса
Обрушения —
быстрое смещение
породных масс по
крутой поверхно-
сти скольжения
Оползни —
медленное смеще-
ние породных масс
по пологой поверх-
ности скольжения
Осыпи откосов мягких
связных пород
Осыпи откосов нес-
вязных пород
Осыпи откосов трещи-
новатых твердых пород
Обрушения по подре-
занным контактам сло-
ев, дизъюнктивам и слан-
цеватости
Обрушения по поверх-
ностям, ослабленным тре-
щинами
Обрушения по криво-
линейным поверхностям
Обрушения по слож-
ным поверхностям ос-
лабления
Оползни изотропных
массивов
Фильтрационные
оползни
Покровные оползни
Контактные оползни
Под влиянием выветривания крутых
откосов; осыпание становится более
интенсивным при отсутствии заоткоски
уступов
Под влиянием массовых взрывов,
выветривания, отсутствие заоткоски
наклонными скважинами
При падении слоев и тектонических
нарушений в сторону выемки круче
25—30°
При падении трещин в сторону выем-
ки круче 35—40°
При завышенных угле или высоте
откоса
Пали । поверхностей ослабления
Оплывины —
течение насыщен-
ных водой рыхлых
пород нарушенной
структуры
Глубинные оползни
слоистых пород лежаче-
го бока
Оползни-надвиги
Оползни выпирания
Оползни отвалов:
надподошвенные
подошвенные (кон-
тактные)
подподошвенные
(выпирания)
Консистентные оплы-
вины
Подток \ новых вод к откосу или
скопление .с'ждевых и талых вод
Подкапывание откоса вследствие
выноса фильтрующимся потоком сла-
босвязных частиц
Наличие рыхлых отложений на скло-
не твердых пород и отсутствие регули-
рования стока дождевых вод
Подрезка обводненных контактов
пологозалегающих слоев глинистых
пород и тектонических нарушений, за-
полненных глинкой трения
Наличие слоев пластичных глин и
напорных вод
Наличие слабых контактов или вскры-
тых слоев пластичных глин
Наличие невскрытых слоев пластич-
ных глин; обводнение площадок усту-
пов и прибортовой полосы
Прочное основание и слабые породы
отвала, дополнительное увлажнение
отвальных пород (особенно в основа-
нии отвала)
Наклонное слоистое основание
Прочные породы отвала, слабое ос-
нование, напорные воды в основании
отвала
Насыщение водой рыхлых пород и
высокопористых отложений, обладаю-
щих сцеплением упрочнения (лёссов,
лёссовидных суглинков и др.) до конси-
стенции текучести
101
Продолжение табл. V.I
Вид и характер деформаций	Обрушения, оползни и оплывины	Условия и причины возникновения
Фильтрационные on- Оплывание, связанное с выносом лывины	песчаных частиц фильтрующимся по- током Просадки—	Просадки пород ес- Увлажнение (замачивание) высоко- вертикальное опу- тественной структуры пористых отложений (лёссов, лёссо- скание приборто-	видных суглинков, выщелоченных по- вых участков рых-	род) лых породных масс	Просадки пород нару-	Уплотнение отвалов рыхлых пород без образования шенной структуры (от- (усиливается при увлажнении) сплошной поверх- валов) ности скольжения	Просадки с выпирани-	Наличие слабых пластичных слоев ем оснований	в основании откоса		
естественного откоса, к «чистым оползням», длящимся месяцы и годы при
небольших скоростях смещения. В этом случае в зоне поверхности скольже-
ния породы находятся в пластическом состоянии, а сама поверхность сколь-
жения располагается под углом, значительно более пологим, чем угол
внутреннего трения пород в их упругом состоянии (следует отметить, что
и быстро происходящим обрушениям предшествует медленное развитие
в течение длительного времени микродеформаций, устанавливаемых инстру-
ментальными наблюдениями с помощью трещиномера, нивелира и других
простейших приборов).
Нет четкой границы также между просадками и оползнями, так как все
виды просадок при некоторых условиях с течением времени переходят
в оползни; однако довольно часто просадки откосов наблюдаются в «чистом
виде» (просадки в «чистом виде» не являются видом деформации горных
пород, свойственным только откосам, так как они наблюдаются и на ровных
участках вдали от откосов).
В зависимости от степени насыщения водой рыхлых горных пород
наблюдается непрерывный переход от оползней к оплывинам: при уве-
личении влажности пород скорость перемещения возрастает.
Оползни являются наиболее распространенным, наиболее многообраз-
ным и наиболее сложным видом деформаций бортов карьеров. Виды
оползней, перечисленные в табл. V.1, иллюстрируются на рис. V.I.
V.I.4. При установлении причин развития деформаций бортов не следует
их смешивать с геологическими условиями, в которых развиваются эти
деформации, и с факторами, способствующими их развитию. При установ-
лении причин появления оползней или крупных обрушений довольно часто
причиной считают наличие тектонических нарушений, слоистости, диапиро-
вых складок, обводненности пород и других факторов, характеризующих
геологическую обстановку, в которой происходят те или иные деформации.
Причиной являются не поверхности ослабления и естественная обводнен-
ность пород и не наличие горных разработок (которые тоже часто рас-
сматривают как причину деформаций бортов), .а то. что эти поверхности
были недостаточно разведаны или при достаточной разведанности их не
приняли во внимание -при проектировании и при проведении горных раз-
работок.
102
2
3
Рис. V. 1. Оползни, наблюдаемые на карьерах.
/ _ изотропных массивов; 2 — фильтрационные; 3 — покровные; 4 — контактные; 5 — глубинные слоистых пород лежачего бока; 6 выпирания; 7 - оползни-
надвиги; 8 — отвалов: а — надподошвенные: б -подошвенные, в — подподошвенные.
V.I.5. Причинами деформаций могут являться: несоответствия углов на-
клона бортов геологическим условиям, отсутствие дренажа или его не-
эффективность, неправильное ведение горных работ (например, буровзрыв-
ных), неверное представление о характере явления вследствие его недо-
статочной изученности вообще или недооценки его влияния. Применение
неправильного метода расчета, дающего завышенные углы откосов, тоже
следует рассматривать как причину развития деформации бортов [39].
V.2. Осыпи откосов на угольных карьерах
V	.2.I. Осыпи являются наиболее распространенным на карьерах и на-
иболее простым видом деформации откосов. Осыпи образуются в резуль-
тате выветривания пород на поверхности откосов, они проявляются в виде
отрыва отдельных частиц, кусков н глыб от массива и скатывания их к по-
дошве откосов. Осыпи образуются при углах откосов, превышающих углы
естественного откоса раздробленных пород, когда частица, потерявшая
связь с массивом, ие может удерживаться на поверхности откоса силами
трения. Более мелкие частицы сносятся потоками вод атмосферных осад-
ков и при углах меньше угла естественного откоса (28—37°); угол откоса
осыпи зависит от петрографического и гранулометрического состава ма-
териала, слагающего осыпь, и имеет средние значения от 28—32° в мелко-
обломочных выветрелых и осадочных породах до 34—37° в крупно- и
среднеобломочных прочных породах.
V	.2.2. Осыпанию подвергаются все разнонидности горных пород — от
наиболее крепких, когда они под влиянием выветривания в крутых откосах
теряют связность, до самых слабых глинистых, которые теряют связность
при высыхании и растрескивании.
V	.2.3. Со временем этот процесс разрушения и осыпания откоса при-
водит к накоплению осыпей на площадках уступов, выполажнванию откосов
уступов (рис. V.2) и образованию сплошного откоса недопустимо большой
высоты, работа под которым становится опасной. Осыпание пород в откосах
уступов приводит также к нарушениям транспортных берм. Процесс раз-
рушения и осыпания крутой части откоса завершается после того, как поро-
ды осыпи под углом естественного откоса достигнут верхней бровки уступа.
V	.2.4. Интенсивность этого процесса зависит от многих факторов, из
которых наиболее существенными являются выветриваемость пород (лито-
логический состав пород, интенсивность и характер трещиноватости),
значение угла откоса уступов и их экспозиция, способ заоткоски уступов и
способ ведения буровзрывных работ при постановке уступов на предельный
контур (в породах, разрабатываемых с применением буровзрывных работ),
климатические условия района [40].
Наиболее интенсивно выветриваются песчано-глинистые и глинистые по-
роды: аргиллиты, алевролиты, мергельные глины, мергели.
Иногда осыпи являются источником образования более крупных дефор-
маций (оплывин, оползней).
V	.3. Обрушения уступов и бортов
V	.3.I. Обрушениям, так же как и осыпям, подвергаются породы почти
всех литологических разностей. Обрушения возникают в тех случаях, когда
104
Рис. V.2. Схемы выполаживания откосов уступов
и уменьшения ширины берм вследствие осыпания
пород.
- часть бермы, срабатываемая за счет осыпания пород ниже-
лежащего уступа, mi — часть бермы, на которой накапливается
образующаяся осыпь.
по наиболее слабой поверхности наступает предельное равновесие пород,
т. е. когда напряжения по этим поверхностям достигают предельных зна-
чений (в отличие от обрушений оползни характеризуются тем, что напряже-
ния по наиболее слабой поверхности превышают предел ползучести, но не
достигают предельных).
V	.3.2. На карьерах обрушения большей частью происходят по поверх-
ностям ослабления массива: разрывным нарушениям, крупным тектониче-
ским трещинам, контактам слоев и сланцеватости с направлением падения
в сторону выемки под углом более 25—35°, превышающим угол трения
по этим поверхностям ослабления. Так как обрушениям предшествуют часто
Таблица V.2
Ориентировочные значения сцепления по поверхностям ослабления
Характеристика
поверхностей ослабления
Характеристика толщи
Сиеплсние. МПа
Контакты слоев со еле- Дислоцированная осадочная тол-	0,2—0,5
дами подвижек	та
Контакты слоев	Уплотненная слаборассланцован-	1,0—2,0
ная осадочная толща
Контакты слоев	Метаморфизованная осадочная	0,5—1,0
толща
Мерзлые контакты ело-	Осадочная толща	1,5—3,0*
ев
* В зависимости от степени заполнения контакта льдом.
105
лишь небольшие смещения, незаметные визуально, их возникновение ока-
зывается неожиданным и проявляется катастрофически. Поэтому возникает
необходимость изучать элементы залегания всех поверхностей ослаб-
ления и характеристики сопротивления сдвигу по ним — коэффициент тре-
ния н сцепление.
V	.3.3. Ориентировочные значения сцепления по поверхностям ослабле-
ния приведены в табл. V.2. Необходимы детальное изучение залегания
пород лежачего бока в области призмы возможного обрушения и определе-
ние углов трения по контактам слоев и другим поверхностям ослабления.
V	.4. Оползни, связанные с наличием поверхностей ослабления
V	.4.I. Оползни — наиболее распространенный вид нарушений устойчи-
вости откосов, связанный с наличием в толще пород пластичных прослойков,
слоев и слабых контактов; они происходят при углах наклона бортов и
откосов уступов положе 25—35°.
V	.4.2. Наибольший процент оползней, возникающих на карьерах, прихо-
дится на оползни, в той или иной степени связанные с наличием поверхно-
стей ослабления в массиве горных пород, чаше всего представленных кон-
тактами между слоями или тектоническими нарушениями, заполненными
глинкой трения, а также поверхностями древних оползней. К этой группе
оползней относятся контактные оползни, глубинные оползни слоистых по-
род лежачего бока, оползни-надвиги и подошвенные оползни отвалов.
V	.4.3. Причиной возникновения контактных оползней, оползней-надви-
гов и подошвенных оползней отвалов обычно является набухание глини-
стых слоев, находящихся в контакте с водопроводящими слоями (песчаных
или гравелистых пород); при залегании слоев положе 25—35° вследствие
обводнения и набухания глинистых пород (глин, аргиллитов или алевроли-
тов) с течением времени по таким контактам происходит сползание пород,
даже при углах падения слоев не более 10—12°. Если увлажнение контактов
неизбежно, то набухание должно учитываться при определении углов отко-
сов. И в том и в другом случае при разведке месторождений необходимо
изучать набухаемость горных пород в компрессионных приборах. В фор-
мировании глубинных оползней слоистых пород лежачего бока на набу-
хание пород большое влияние оказывают напорные воды, заключенные даже
в тонких слоях водопроводящих пород; песка, гравия, угля, песчаников,
известняков и др. Поэтому, если в лежачем боку разрабатываемых угольных
пластов залегают чередующиеся слои глинистых и водоносных пород,
то необходимо детально изучать литологию лежачего бока. Определение
характеристик сопротивления сдвигу по контактам слоев во всех этих слу-
чаях обязательно; в карьерах этн характеристики определяются путем натур-
ных испытаний на срез по контактам больших призм горных пород; при
разведке месторождений эти характеристики можно определять путем ла-
бораторных испытаний на «повторный сдвиг» (так как обычно при бурении
скважин керн по наиболее слабым контактам разрушается).
V	.4.4. Контактные оползни наблюдаются при разработке всех месторож-
дений, сложенных наклонно- н пологозалегающими слоями глинистых по-
род: на Коркинском и Батуринском — в Челябинском буроугольном бас-
106
сейме, на Богословском, Веселовском и Волчанском — на Северном Урале,
на Экибастузском и др. [39].
Широко развиты контактные оползни в Кузбассе, основной причиной
возникновения которых является подрезка слабых контактов на большом
протяжении. Наиболее слабыми контактами на карьерах Кузбасса являют-
ся контакты слоев аргиллита и угля при наличии в них зеркал скольжения
и контакт горельника, представленный каолиновой глиной. Контактные
оползни наиболее часто возникают при проходке въездных и разрезных,
траншей на выходах угольных пластов под наносы и при отработке уголь-
ных пластов по восстанию. И в том и в другом случаях горными работами
подрезаются контакты, причем при проходке траншеи на выходах пластов
подрезка контактов часто происходит из-за неразведанности месторож-
дений на выходах, так как при разведке месторождений все разведочные
скважины располагаются в центральной части месторождения.
V	.5. Оползни, связанные с выпиранием основания
Вторую группу составляют оползни, связанные с выпиранием основа-
ния, к которым относятся оползни выпирания и подподошвенные оползни
отвалов.
Причиной возникновения этих оползней являются завышенные углы от-
косов при наличии в лежачем боку слабых глинистых слоев. К этой же группе
могут быть отнесены и оползни слоистых пород лежачего бока, если в ле-
жачем боку имеются слои пород, у которых сопротивление сдвигу мало пре-
вышает сопротивление сдвигу по контактам слоев. Следует отметить, что и
на формирование оползней выпирания и подподошвенных оползней отвалов
ослабленные контакты и напорные воды, если они имеются, оказывают су-
щественное влияние. Все это вызывает необходимость детального изуче-
ния литологического состава и прочности пород лежачего бока на место-
рождениях группы III на глубину, на 15—20% превышающую глубину зале-
гания угольного пласта (см. п. 2.2.3).
V	.6. Оползни изотропных массивов и покровные оползни
V	.6.1. Оползни изотропных массивов характеризуются тем, что они
не связаны с наличием поверхностей ослабления, слабых прослойков и
водоносных слоев. Ими охватываются большей частью отдельные уступы од-
нородных слабофильтрующих пород: суглинков, песчаных глин и слабых
алевролитов. Благодаря тому что в массиве поверхности ослабления от-
сутствуют, поверхность скольжения имеет вид плавной кривой в нижней и
средней частях, а вверху она заканчивается вертикальной трещиной отрыва.
Причиной возникновения оползней этого вида является наличие вблизи
от откосов водосточных канав или впадин, в которых скапливаются дожде-
вые и талые воды, а также грунтовые воды, фильтрующиеся из выше-
лежащих уступов.
Вследствие низких фильтрационных свойств пород, подвергающихся
оползням этого вида, поглощаемая ими вода не высачивается в откосе,
а увеличивает водонасыщенность вплоть до полного насыщения и набухания
до текучего состояния.
107
Такого рода оползни наблюдаются на угольных карьерах на тех участ-
ках, где происходит скопление дождевых, талых и промышленных вод.
V	.6.2. Покровные оползни характеризуются тем, что деформации подвер-
гается покров рыхлых водонасышенных пород, подстилаемый устойчивыми
более крепкими, имеющими наклонную (пологую) поверхность. Покровные
оползни на карьерах подобны оползням делювиальных отложений по по-
верхности коренных пород на естественных склонах.
При разведке месторождений особое внимание должно быть уделено
делювиальным отложениям в пределах поля будущего карьера и в приле-
гающих к нему участках, ширина которых при естес/ьенных склонах в пре-
делах 8—15° определяется расстоянием до водораздела.
V.7. Фильтрационные оползни
К группе фильтрационных отнесены оползни, связанные с деформацией
поверхности откосов под влиянием высачивания грунтовых вод: сплывами
насыщенных водой песчаных глнн, оплыванием песков, размыванием песча-
но-глинистых пород, подстилающих неоплывающие водоносные слои (тре-
щиноватых опок, гравия и др.). Оползни этого вида обычно возникают при
горизонтальном залегании чередующихся слоев водоносных и водоупорных
пород, среди которых имеются пески или интенсивно размокающие песчаные
глины или глинистые песчаники и слабые алевролиты.
Оплывины и сплывы чаще всего являются начальной стадией фильтра-
ционных оползней, однако часто и оползни переходят в оплывины, если
породы склонны набухать до текучего состояния. Исследования пород на
оплывание в откосах при разведке месторождений сводятся к определению
размокаемости у песчано-глинистых отложений и к определению грануло-
метрического и минерального состава, а также плотности у песков.
При разведке месторождений, сложенных или покрытых горизонтально
залегающими слоистыми слабыми глинистыми породами с прослоями
водоносных пород, необходимо детально изучать все литологические раз-
ности пород и их чередуемость в разрезе. При наклоне слоев более 5°
изучение слабых слоистых пород в лежачем боку необходимо проводить
более детально.
V.8. Оплывины и просадки
Просадки и оплывины на карьерах наблюдаются значительно реже,
чем первые три вида деформаций бортов.
Причинами возникновения просадок являются: 1) насыщение водой вы-
сокопористых рыхлых пород — лёссов, лёссовидных суглинков и каолиновых
элювиальных глин, 2) уплотнение отвалов рыхлых пород при их увлажнении
и 3) наличие слабых пластичных слоев в основании откоса (последний вид
просадки связан с выпиранием или выдавливанием слоев весьма слабых
пород, залегающих в основании откосов, н только по форме проявления
на поверхности относится к просадке; природа же этой деформации ближе к
оползням, хотя и не всегда такая деформация приводит к оползанию от-
косов) .
При разведке месторождений высокопористые слабые породы должны
испытываться на просадочность [12].
108
ПРИЛОЖЕНИЕ VI
ЗНАЧЕНИЯ ta, ДЛЯ КОТОРЫХ ВЕРОЯТНОСТЬ P(-ta<t<ta)=a
п — I	и				
	0,90	0.95	|	0.9b	|	0.99	|	0.999
1	6,31	12,71	31,82	63,66	636,62
2	2,92	4,30	6,07	9,93	31,60
3	2,35	3,18	4,54	5,84	12,94
4	2,13	2,78	3,75	4,60	8,61
5	2,02	2,57	3,37	4,03	6,86
6	1,94	2,45	3,14	3,70	5.96
7	1,90	2,37	3,00	3,50	5,40
8	1,86	2,30	2,90	3,36	5,04
9	1,83	2,26	2,82	3,25	4,78
10	1,81	2,23	2.76	3.17	4,59
11	1,80	2,20	2,72	3,11	4,49
12	1,78	2,18	2,68	3,06	4,32
13	1,77	2,16	2,65	3,01	4,22
14	1,76	2,14	2,62	2,98	4.14
15	1,75	2,15	2,60	2,95	4.07
16	1,75	2,12	2,58	2.92	4,02
17	1,74	2,11	2,57	2,90	3.97
18	1,73	2,10	2,55	2,88	3,92
19	1,73	2,09	2,54	2,86	3,88
20	/,72	2,00	2,53	2,85	3,85
21	1,72	2,08	2,52	2,83	3,82
22	1,72	2,07	2,51	2,82	3,79
23	1,71	2,07	2,50	2,81	3,77
24	1,71	2,06	2,49	2,80	3,75
25	1,71	2,06	2,49	2,79	3.72
26	1,71	2,06	2,48	2 78	3,71
27	1,70	2,05	2,47	2,77	3,69
28	1,70	2,05	2,47	2,76	3,67
29	1,70	2,05	2,46	2,76	3,66
30	1,70	2,04	2,46	2,75	3.65
40	1,68	2,02	2,42	2,70	3,55
60	1,67	2,00	2,39	2,66	3,46
120	1,66	1 98	2,36	2,62	3,37
оо	1,65	1,96	2,33	2,58	3,29
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I.	Горное дело. Словарь. М., Недра, 1974.
2.	Длин А. М. Математическая статистика в технике. М., Советская наука,
1958, 462 с.
3.	Инструкция о содержании, оформлении и порядке представления в ГКЗ СССР
и ТКЗ Министерства геологии СССР материалов по подсчету запасов углей и горю-
чих сланцев. М., ГКЗ СССР, 1981, 48 с.
4.	Инструкция о содержании, оформлении и порядке представления в ГКЗ СССР
ТЭО кондиций на минеральное сырье. М., ГКЗ СССР, 1984. 25 с.
5.	Инструкция по изучению инженерно-геологических условий месторождений
твердых полезных ископаемых при их разведке. М., Недра. 1975. 52 с.
6.	Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и от-
валов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. Л.,
ВНИМИ, 1971. 188 с.
7.	Инструкция по приближенному испытанию образцов горных пород непра-
вильной формы на одноосное сжатие. Л., ВНИМИ. 1964. 12 с.
8.	Инструкция по применению классификации запасов к месторождениям углей
и горючих сланцев. М., ГКЗ СССР, 1983. 48 с.
9.	Инструкция по расчету устойчивости бортов разрезов при их ликвидации
и обеспечению сохранности прилегающих к разрезам территорий. Л.. ВНИМИ. 1977.
56 с.
10.	Калачев В. Я- Новая методика изучения липкости глинистых грунтов. М.,
Изд-во МГУ, 1975. 88 с.
11.	Ким Д. И.. Пушкарев В. И. Методика определения основных характеристик
прочности трещиноватых массивов для расчета устойчивости бортов карьеров.—
Тр. ВНИМИ, 1972, № 86, с. 125—132.
12.	Ломтадзе В. Д. Методы лабораторных исследований физико-механических
свойств горных пород. Л., Недра, 1972. 311 с.
13.	Ломтадзе В. Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л., Недра,
1970, 528 с.
14.	Марамзин А. В., Рязанов А. А. Бурение разведочных скважин в районах
распространения многолетнемерзлых пород. М., Недра, 1971, 148 с.
15.	Методика определения характеристик ползучести, длительной прочности и
сжимаемости мерзлых грунтов/С. С. Вялов. С. Э. Городецкий, В. Ф. Ермаков и др.
М., Наука, 1966. 130 с.
16.	Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий место-
рождений полезных ископаемых, подлежащих разработке открытым способом/
Г. Л. Фисенко, И. П. Иванов, Т. К. Пустовойтова и др. Л., ВНИМИ, 1965. 122 с.
17.	Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород/
Под ред. Е. М. Сергеева, 2-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1984 . 423 с.— т. 1;
438 с.— т. 2.
18.	Методическое пособие по определению углов откосов уступов и углов наклона
бортов карьеров, сложенных многолетнемерзлыми породами/ Под. ред. И. И. Ерма-
кова, Г. Р. Глозмаиа. Л., ВНИМИ, 1972. 102 с.
19.	Методическое руководство по инженерно-геокриологическим и гидрогеологи-
ческим работам при разведке рудных месторождений на Крайнем Севере/ П. Ф. Шве-
цов, Н. Г. Бобов, Л. Н. Крицук и др. М., Недра, 1972. 208 с.
20.	Методические указания по изучению выветривания и осыпания пород в от-
косах угольных разрезов/ Г. Л. Фисенко, С. В. Кагермазова, Т. К. Пустовойтова.
Л., ВНИМИ, 1<Г? 66 с.
НО
21.	Методические указания по определению в полевых условиях пределов проч-
ности горных пород при одноосном сжатии с использованием зубчатых накладок/
Под. ред. С. Т. Кузнецова, Ю. Г. Кротова. Л., ВНИМИ, 1972. 38 с.
22.	Методические указания по определению гидрогеологических параметров
при разведке и освоении угольных месторождений/ Л. И. Сердюков, В. А. Мироненко,
Ю. А. Норватов. Л., ВНИМИ. 1974. 139 с.
23.	Методические указания по определению механических свойств горных пород
геологическими и изыскательскими организациями Министерства угольной про-
мышленности СССР/ Под ред. Б. В. Матвеева, Ю. М. Карташова. Л., ВНИМИ, 1977.
82 с.
24.	Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов усту-
пов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров/ Г. Л. Фисенко, В. Т. Сапож-
ников, А. М. Мочалов и др. Л., ВНИМИ, 1972. 166 с.
25.	Методические указания по комплексным полевым определениям прочностных
и деформационных характеристик горных пород/ Под ред. Г. В. Михеева. Л.. ВНИМИ.
1973 , 81 с.
26.	Миронов К. В. Геологические основы разведки угольных месторождений. М.,
Недра, 1973. 316 с.
27.	Миронов К. В. Разведка и геолого-промышленная оценка угольных место-
рождений. М., Недра, 1977. 254 с.
28.	Миронов К. В. Справочник геолога-угольщика. М., Недра, 1982. 311 с.
29.	Павлов А. В. Теплообмен почвы с атмосферой в северных и умеренных ши-
ротах территории СССР. Якутск, Кн. изд-во, 1975. 302 с.
30.	Протодьяконов М. М., Вобликов В. С., Ильницкая Е. И. Методика опреде-
ления прочности горных пород на образцах неправильной формы. М.. изд. ИГД
им. А. А. Скочинского, 1961. 7 с.
31.	Пустовойтова Т. К- Определение необходимого числа испытаний на сдвиг
многослойной толщи пород при расчете устойчивости бортов карьеров.— Тр. ВНИМИ,
1964, № 52. с. 236— 241.
32.	Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик
набухающих грунтов/ Под. ред. Е. А. Сорочана. М., Стройиздат, 1974. 17 с.
33.	Руководство по определению оптимальных углов наклона бортов карьеров и
откосов отвалов/Г. Л. Фисенко, С. В. Кагермазова, Т. К. Пустовойтова. Л., ВНИМИ,
1962. 138 с.
34.	Руководство по определению физических, теплофизических и механических
характеристик мерзлых грунтов/ Под ред. Р. М. Саркисяна, 3. А. Нерсесовой,
С. С. Вялова и др., М., Стройиздат, 1973. 191 с.
35.	Справочник по инженерной геологии. Изд. 3-е, М., Недра, 1981. 325 с.
36.	Строительные нормы и правила. Часть 11. Основания и фундаменты зданий
и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования. СНиП П—Б.6—66/
Под ред. Л. Е. Темкина, С. С. Вялова, В. Ф. Жукова. М., Стройиздат, 1967. 30 с.
37.	Теплофизические исследования криолитозоны Сибири. Новосибирск, Наука,
1983. 138 с.
38.	Требования к гидрогеологическим исследованиям на месторождениях, осваи-
ваемых открытым способом. Руководство по дренированию карьерных полей/ В. А. Ми-
роненко, Г. Л. Фисенко, А. Н. Рюмин и др. Л., ВНИМИ, 1970. 173 с.
39.	Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М., Недра, 1965. 378 с.
40.	Фисенко Г. Л., Кагермазова С. В. Закономерности выветривания и осыпания
пород в откосах открытых горных выработок.— В кн.: Вопросы изучения процессов
и кор выветривания. М., 1971, с. 132 144.
41.	Фисенко Г. Л., Мироненко В. А. Дренаж карьерных полей. М., Недра, 1972.
185 с.
42.	Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М., Высшая школа, 1973. 446 с.
43.	Чирков С. Е. Влияние масштабного фактора на прочность углей. М., Наука,
1969. 114 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ...............................................................3
1.	Общие положения	6
1.1.	Основные задачи......................................................  —
1.2.	Факторы, оказывающие влияние на устойчивость откосов .	, ,	7
1.3.	Классификация горных пород и группировка угольных месторождений
по условиям устойчивости бортов карьеров	12
2.	Требования к изученности инженерно-геологических условий угольных место-
рождений, предназначенных к открытой разработке.......................... 21
2.1.	Основные требования к инженерно-геологическому изучению месторожде-
нии по стадиям разведки................................................... —
2.2.	Границы инженерно-геологического изучения и число инженерно-геологи-
ческих скважин..................... ...	.	26
2.3.	Бурение инженерно-геологических скважин и отбор из них образцов горных
пород.................................................................... 30
2.4.	Представительность образцов и определение необходимого числа испы-
таний  ......................................................... .......	31
2.5.	Изучение физико-механических свойств горных пород..............  .	33
2.6.	Изучение трещиноватости горных пород ................................45
2.7.	Основные требования к гидрогеологической изученности ......	47
3.	Обработка материалов инженерно-геологических работ н составление от-
чета ..............................................................  .	.	49
3.1.	Оформление материалов полевых и лабораторных исследований	.	,	—
3.2.	Содержание отчета .....	.......... . ...	50
4.	Обоснование объема инженерно-геологических работ.......	.	.	52
4.1.	Общие положения...................................................
4.2.	Обоснование объема инженерно-геологических работ на месторождениях,
сложенных слабыми песчано-глинистыми породами............................ 57
4.3.	Обоснование объема инженерно-геологических работ на месторождениях,
сложенных полускальными породами......................................... 66
4.4.	Обоснование объема инженерно-геологических работ на месторождениях,
сложенных скальными породами . .	.........	75
Приложения .............................................................. 80
Приложение 1. Методика бурения инженерно-геологических скважин и отбора
образцов горных пород ................................ ....	—
Приложение II. Полевые испытания прочности горных пород .....	82
11.1.	Полевые испытания образцов правильной формы на срез и
одноосное сжатие.............................................. —
11.2.	Испытания образцов полуправильной формы на сжатие . .	84
П.З. Полевые методы испытаний образцов неправильной фор-
мы ....................... .................. .	. .	87
II.4.	Полевые методы косвенного определения прочности ...	90
11.5.	Испытания прочности пород в массиве.................... 91
Приложение III. Методика определения длительной прочности испытанием
образцов в ползуче-релаксационном режиме................................. 95
112
Приложение IV. Определение сопротивления сдвигу по контактам пород и ла-
бораторных условиях.................................................. 98
Приложение V. Деформации бортон карьероа, откосон уступов и отналон . .	100
V	.I. Классификация деформаций............................ —
V	.2. Осыпи откосон на угольных карьерах........-	. . .	104
V	.3. Обрушения уступов и бортон.........................  —
V	.4. Оползни, снизанные с наличием поверхностей ослабления 106
V.5. Оползни, снизанные с ныпнраннем	основания............107
V	.6. Оползни изотропных масснаон н покровные оползни ...	—
V	.7. Фильтрационные оползни.............................108
V	.8. Оплыннны и просадки.............................. —
Приложение VI. Значения <«, для которых вероятность Р(—. . .	109
Список литературы.....................................................110
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ИЗУЧЕНИЮ
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
ПОДЛЕЖАЩИХ РАЗРАБОТКЕ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Редактор нздательстна Р. С. Гурская. Обложка художника В. И. Остромогиль-
ского. Технический редактор С. М. Архипова. Корректор М. И. Внтнс.
Н/К
Подписано в печать 26.03,86. М-28552. Формат 60 XSO’/ia- Бумага офсетная № I. Гарнитура литературная.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 7. Усл. кр.-отт. 7,38. Уч. над. л. 8,32. Тираж 3000 эка. Заказ 853/1427.
Цена 45 коп. Заказное.
Ордена «Знак Почета» издательство «Недра». Ленинградское отделение,
183171, Ленинград, С-171, ул. Фарфоровскап, 18.
Типографии М 2 Леиупрнздата. 191104, Ленинград, Литейный ир., 55.