Методика кинематического анализа

Методика кинематического анализа откосов, реализованная в Геолого-структурном модуле (GEOMIX GSTR) системы ГИС ГЕОМИКС, позволяет на основе полярных диаграмм трещиноватости производить проверку структурной обстановки скального массива на предмет соответствия условиям возникновения деформаций наиболее распространенных типов (плоская, клиновая, опрокид) с определением направления потенциального смещения блоков горных пород.

Условием возникновения плоской деформации является наличие в породном массиве плоскостей ослабления, падающих в сторону выемки под углом (\(\alpha_{пл}\)), более пологим, чем угол заоткости уступа (\(\alpha\)), но более крутым, чем угол внутреннего трения (\(\phi<\alpha_{пл}<\alpha\)) с азимутом падения (\(Аз_{пл}\)), отличающимся от направления падения уступа (\(Аз_{уст}\)) не более, чем на 20⁰ (\(|Аз_{уст} - Аз_{пл}| < 20^0\)). Графическое представление описанных выше условий на полярной диаграмме трещиноватости изображено на img_gstr_kinem_info_1.

Схема геометризации границ условий возникновения плоской деформации на полярной диаграмме

1 – линия простирания уступа; 2 - линия ограничения по углу внутреннего трения (φ); 3 - линия ограничения по углу заоткоски (α); 4 – линии ограничения по азимуту падения (Азуст±20⁰); 5 – область полюсов ориентировок плоскостей ослабления массива, по которым возможно скольжение призмы обрушения

При клиновой деформации происходит скольжение блока горных пород по направлению падения линии пересечения двух плоскостей, отсекающих данный блок от скального массива. Поэтому возможность возникновения клиновой деформации определяется исходя из оценки ориентировки линии скрещения плоскостей. Значение угла падения линии пересечения, при котором возможно скольжение породного блока, определяется по аналогии с плоским обрушением (\(\phi<\alpha_{скр}<\alpha\)). На полярной диаграмме диапазон полюсов ориентировок линий пересечения плоскостей, по которым возможно скольжение призмы обрушения (8), геометризуется путем пересечения линии простирания уступа и линии, отстроенной по значению угла внутреннего трения, причем в данном случае значение угла отмеряется не от полюса диаграммы, а от периметра (рис. 4.14). Полюсы значений ориентировок плоскостей (4), пространственное сочетание которых может привести к клиновой деформации, лежат в области 7 на рис. 4.14, которая получена путем отстраивания полюсов значений азимута и угла падения для каждой точки линии простирания уступа на диаграмме.

Схема геометризации границ условий возникновения клиновой деформации на полярной диаграмме

1 – линия простирания уступа; 2 – линия ограничения по углу внутреннего трения (φ); 3 – линия ограничения по азимуту и углу падения; 4 – полюсы значений ориентировок пересекающихся плоскостей; 5 – линии простирания пересекающихся плоскостей; 6 – полюс значения ориентировки линии пересечения; 7 – область полюсов ориентировок плоскостей ослабления массива, по линиям пересечения которых возможно скольжение призмы обрушения; 8 – область полюсов ориентировок линий пересечения плоскостей, по которым возможно скольжение призмы обрушения

При деформациях опрокидывания существует два механизма разрушения уступов: опрокидывание блоков и опрокидывание за счет изгиба слоев пород. С учетом субгоризонтального залегания известняков, слагающих уступы карьера «Зарница», в данной работе будет рассматриваться разрушение уступов опрокидыванием отдельных блоков. Основным условием для возникновения деформаций такого типа является наличие трещин с крутым падением в массив, причем азимут падения не должен отличаться от направления падения уступа менее, чем на 170⁰ (|Азуст-Азпл|<170⁰), а угол падения должен соответствовать условию (90-α)+φ<αпл [13]. Графическое представление описанных выше условий на полярной диаграмме трещиноватости изображено на рис. 4.15.

Схема геометризации границ условий возникновения деформации опрокидывания на полярной диаграмме

1 – линия простирания уступа; 2 – линии ограничения по азимуту падения (Азуст±10⁰); 3 – область полюсов ориентировок плоскостей ослабления массива, по которым возможно опрокидывание блоков

Кинематический анализ откосов уступов позволяет выделить участки карьерного поля с неблагоприятными пространственными сочетаниями плоскостей ослабления скального массива и поверхностью карьера.