4.2. Наблюдения за процессом осыпания пород в откосах уступов
4.2. Наблюдения за процессом осыпания пород
в откосах уступов 
4.2.1. Осыпание пород в откосах уступов под влиянием выветривания является неизбежным и наиболее широко распространенным на карьерах видом деформаций откосов, поэтому наблюдения за развитием осыпей являются обязательной составной частью наблюдений за деформациями бортов карьеров.
4.2.2. При развитии осыпи происходит выполаживание откоса, нарушение, а иногда и полная сработка предохранительных берм, оставляемых между уступами, вследствие чего борт приобретает вид сплошного откоса большой высоты, работать под которым становится опасно.
Опасность осыпей глинистых пород заключается в том, что осыпавшиеся массы представляют собой аккумулятор для накопления влаги и в дальнейшем переходят в оползни и оплывины. Процесс разрушения и осыпания крутой части откоса завершается после того, как осыпь достигает верхней бровки уступа, протекая с определенной скоростью, зависящей от свойств пород, климатических условий, угла откоса уступа и его местоположения относительно стран света.
4.2.3. Интенсивность осыпания зависит в основном от выветриваемости пород, углов откосов уступов и способа заоткоски уступов. Выветриваемость, т.е. склонность горных пород изменять прочность под влиянием агентов выветривания, определяется их геолого-петрографическими признаками: минеральным составом, структурой, текстурой, условиями залегания слоев, степенью литификации, характером и степенью трещиноватости и зависит от климатических условий и положения откосов относительно стран света. Сотрясения горных пород под влиянием взрывных работ и работы горнотранспортного оборудования активизируют развитие осыпей.
4.2.4. Целью наблюдений за выветриванием и осыпанием пород является определение оптимальных углов откосов уступов и ширины берм уступов длительного срока службы в зависимости от определяемых:
- времени начала осыпания и интенсивности осыпания в откосах уступов пород различного литологического состава при различной экспозиции откосов, а также от величины углов откосов;
- закономерностей осыпания пород по высоте откоса и сработки верхней площадки (отступления верхней бровки) уступа и движения нижней границы осыпи во времени.
Интенсивность осыпания характеризуется:
- мощностью слоя осыпавшихся с поверхности откоса пород в результате выветривания за единицу времени;
- сработкой верхней площадки за единицу времени;
- объемом осыпи на 1 пог. м длины борта, образовавшимся за единицу времени;
- перемещением нижней границы осыпи за единицу времени. В зависимости от интенсивности указанных показателей за единицу времени принимается год, месяц и т.п.
4.2.5. Нарушение устойчивого равновесия частиц породы на поверхности крутого откоса при выветривании и их осыпание происходит при определенной для данной породы величине прочности, называемой критической. Снижение начальной прочности пород на поверхности откоса до критической в различных породах характеризуется разными интервалами времени.
4.2.6. Процесс выветривания пород на поверхности откосов протекает различно в крепких и слабых породах.
Период снижения начальной прочности до критической в крепких породах зависит, при прочих равных условиях, от степени их трещиноватости. Процесс выветривания в откосах, сложенных породами средней крепости, отличается большей интенсивностью, чем в крепких породах, вследствие их обезвоживания (усыхания), при котором образуется частая и беспорядочная трещиноватость. Процесс выветривания откосов, сложенных песчано-глинистыми породами, характеризующимися высокой естественной влажностью, протекает еще более интенсивно, чем в полускальных породах, т.к. эти породы у поверхности откосов подсыхают и подвергаются усадке, интенсивному растрескиванию и шелушению. Осыпание в этих породах начинается вскоре после отработки очередной заходки.
4.2.7. Время начала осыпания крепких и средней крепости горных пород устанавливается путем определения их критической прочности и закономерности изменения прочности во времени (рис. 15).
4.2.8. Критическая прочность пород для каждой литологической разности определяется на поверхности нескольких осыпающихся откосов с различными углами заоткоски, превышающими угол естественного откоса (при 
> 45°).
Рис. 15. Изменение прочности пород на поверхности откосов
во времени
4.2.9. Изменение прочности породы на поверхности откоса устанавливается путем определения прочности одной и той же литологической разности на поверхности нескольких откосов различного срока пребывания его в нерабочем состоянии.
4.2.10. Прочность скальных пород определяется испытанием на одноосное сжатие образцов неправильной и полуправильной формы, отобранных с поверхности откоса. Методика таких испытаний дана в приложении 14.
4.2.11. Прочность пород средней крепости определяется испытанием образцов неправильной и полуправильной формы на сжатие и динамическим пробником (пенетрометром) непосредственно на поверхности откоса.
4.2.12. Интенсивность осыпания пород с поверхности откоса и ее изменение во времени определяется по результатам длительных полевых наблюдений за осыпанием пород. Для этого производится:
а) закладка наблюдательных станций на откосах уступов;
б) периодическая инструментальная съемка местоположения в плане верхних бровок уступов и границ осыпи на бермах;
в) периодическая инструментальная профильная съемка уступов.
4.2.13. Наблюдательные станции на откосах уступов закладываются на откосах нерабочих уступов или уступов, находящихся не менее 1 года в нерабочем состоянии. Наблюдательная станция должна состоять из одного-двух рядов реперов, закладываемых горизонтально по откосу выше уровня осыпи на расстоянии 1 м один от другого в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Наблюдения за осыпанием породы заключаются в измерениях расстояний (через каждые 10 см длины между двумя соседними реперами) от поверхности откоса до рейки (или натянутой ленты рулетки), соединяющей головки реперов (рис. 16), и измерении угла откоса на участках между соседними реперами и расстояний от каждого репера до осыпи.
Рис. 16. Замер превышений реперов над поверхностью
откоса (вид сверху)
Для наблюдения за осыпанием верхней бровки уступа реперы вбиваются на верхней площадке на расстоянии 2 - 3 м от бровки, а для замера образующейся осыпи реперы забиваются в подошву уступа.
Репер представляет собой металлический штырь диаметром 15 - 20 мм и длиной 300 - 700 мм; длина репера определяется крепостью пород и его местоположением.
Замеры производятся не менее двух раз в год (весной и осенью).
4.2.14. При закладке наблюдательной станции фиксируется следующее:
а) литологическое наименование пород, их состав, залегание, трещиноватость (размер и форма структурных блоков, элементы залегания основных систем трещин), прочность, нарушенность пород взрывами (способ заоткоски уступов);
б) положение уступа по высоте (его высотная отметка), экспозиция борта;
в) средние высота и угол откоса уступа, профиль уступа, продолжительность времени пребывания уступа в нерабочем состоянии до момента наблюдения за ним.
При повторных замерах дается характеристика осыпавшегося материала (форма и размер кусков в осыпи).
4.2.15. Периодическая (ежегодная) съемка верхних бровок уступов и границ осыпи на бермах позволяет выявить изменение интенсивности осыпания бровки уступа.
4.2.16. Для обеспечения устойчивости уступов в течение длительного времени (на время работ в карьере), а также безопасности работ на нижних горизонтах карьера для уступов, достигших предельного положения по проектному контуру, углы откосов и ширину берм следует рассчитывать с учетом интенсивности осыпания откосов и срока их службы (в отдельных случаях для предохранения откосов от влияния выветривания целесообразно предусматривать укрепительные мероприятия).
4.2.17. Зависимость критической прочности и интенсивности осыпания от угла откоса определяется формулами:
, (21)
, (22)
где - угол откоса уступа;
- угол естественного откоса осыпи;
, 
- критическая прочность и интенсивность осыпания вертикального откоса;
, 
- критическая прочность и интенсивность осыпания откоса при угле .
