Грунтоведение и механика грунтов

В освоении любого месторождения полезных ископаемых можно выделить четыре стадии: доразведку, проектирование и строительство горнорудного предприятия, добычу полезного ископаемого. Горный техник участвует в работах на любой стадии. На первой стадии изучают горно-геологические условия месторождения и вмещающих пород. Полученные данные используют на второй стадии для выбора оптимальных размеров и схемы расположения горных выработок, методов поддержания устойчивости горных выработок, способов и техники отбойки и доставки полезного ископаемого на поверхность земли, технологии и техники переработки и вывоза готовой продукции, мероприятий для борьбы с вредными горно-геологическими явлениями. Третья стадия — это реализация проекта, четвертая — разрешение непредвиденных затруднений горно-геологического характера при отработке месторождения, нередко связанных с ошибками, допущенными на предыдущих стадиях.

Во всех случаях следует стремиться к решению задачи при наименьших затратах. Это возможно, если достаточно изучены строение массива и свойства пород, в которых будут проходить горные выработки, и правильно учтены явления, вызванные горными работами. Решением этих задач занимается инженерная геология — отрасль геологии, рассматривающая поведение массивов горных пород под воздействием деятельности человека. Основная цель инженерной геологии — обеспечение устойчивости оснований возводимых сооружений, безопасности ведения горных работ.

В круг профессиональных интересов горного техника входят прежде всего горные выработки, открытые и подземные, а также сооружения внутрикарьерного транспорта, обогатительных фабрик и др. Подземные выработки при открытой разработке часто используются для организации осушения и транспорта (рис. 1).

Рис. 1. Схема сооружений карьера с подземным способом осушения:
1 — водоотливная шахта; 2 — восстающий фильтр; 3 — дренажный штрек; 4 — квершлаг; 5 — депрессионная воронка; 6 — пласт полезного ископаемого; 7 — выездная траншея; 8, 9 — рабочий и постоянный борта карьера; 10 — внешний отвал пустых пород; 11 — загрузочная камера; 12 — наклонный откаточный тоннель; 13 — здание перехода тоннеля в галерею; 14 — транспортная галерея; 15 — здание обогатительной фабрики

Применительно к указанным объектам задачи инженерной геологии можно конкретизировать: расчеты устойчивых углов наклона бортов и уступов карьеров и отвалов пород, оснований зданий и сооружений (по предельным состояниям), оседания поверхности в зоне понижения уровня подземных вод; прогноз деформации горных выработок в контактных зонах, поведения крепи вертикальных и горизонтальных подземных выработок во времени в связи с понижением уровня подземных вод и продвижением фронта горных работ; поведения грунтов при замораживании и оттаивании, перевозке, ударных нагрузках и др.

Очевидно, что для решения этих задач необходимо знать строение грунтового массива, а также прочностные, деформационные и другие свойства грунта, проявляющиеся под нагрузкой, при взаимодействии с водой, изменении температуры и т. д.

Изучением грунтов в образце без нагрузки и улучшением их свойств занимается грунтоведение; исследованием физико-механических свойств и поведения грунтовых массивов под нагрузками — механика грунтов; изучением процессов и явлений в грунтовых массивах — инженерная геодинамика. Все эти дисциплины составляют науку инженерную геологию.