Stroi-doska.ru

Строй Доска
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Углы откосов рыхлых пород

Уступ

УСТУП (а. bench, ledge, scarp; н. Strosse; ф. gradin, banc; и. escalon, banсо) — часть толщи горных пород в виде ступени, подготовленная для разработки самостоятельными выемочными и транспортными средствами.

При открытой разработке месторождений уступ — часть борта карьера. Уступы разделяются на рабочие, которыми производится отработка массива полезных ископаемых и вмещающих горных пород, включённых в контуры карьера, и нерабочие (погашенные), достигшие при разработке месторождения своего предельного положения. Элементы уступа: откос, площадки, бровки.

Откос — наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. Угол его наклона зависит от физико-механических свойств породы, высоты и срока службы уступа. Угол откоса нерабочих уступ обычно выполаживают.

Площадки — поверхности, ограничивающие уступ по высоте. Площадки, на которых располагается буровое, выемочное или транспортное оборудование, называется рабочими. Ширина последних (до 40-70 м) зависит от величины развала взорванных горных пород, а также ширины заходки, транспортных коммуникаций и берм безопасности. Нерабочие уступы разделяют транспортными, предохранительными и площадками очистки. Транспортные (10-15 м) служат для обеспечения грузотранспортной связи между рабочими площадками в карьере и поверхностью; предохранительные (3-5 м) — для задержания осыпающейся с откосов породы (через 3-4 уступа их расширяют до 7-10 м, и они служат для периодической очистки борта карьера специальным оборудованием). От ширины площадок существенно зависят результирующий угол наклона борта карьера и объём выемки, поэтому обычно стремятся к их уменьшению.

Бровки — линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадкой. Угол наклона линии, соединяющей верхнюю бровку верхнего и нижнего уступа, характеризует наклон борта карьера. Уступ может разделяться на два и больше подуступов, их разработка в этом случае осуществляется общим экскавационным оборудованием.

Реклама

От свойств пород и высоты черпания выемочно-погрузочного оборудования (Нч) зависит высота уступа (Н). Обычно она ограничивается при разработке рыхлых пород условием ННч, при разработке развалов взорванных скальных пород — Н1,5Нч. Повышение эффективности горных работ связано с увеличением высоты уступа. Достигается это применением оборудования с удлинёнными рабочими органами, временным объединением нескольких уступов в один, отработкой высоких уступов с управляемым обрушением и понижением высоты развала до допустимой.

К высоким уступам относятся те из них, высота которых превышает как высоту вертикального обнажения пород, так и высоту черпания экскавационного оборудования более чем в 1,5 раза. При разработке таких уступов применяется обязательная заоткоска их верхней части механическими или взрывными способами. Рациональная высота уступа устанавливается на основе комплексной оценки совокупного влияния на технико-экономические показатели работы предприятия качества добываемого полезного ископаемого, скорости подвигания фронта и темпа углубки горных работ, производственной мощности карьера, протяжённости внутрикарьерных коммуникаций, допустимых углов откоса и безопасного производства горных работ.

Приоритет в разработке высоких уступов с управляемым обрушением принадлежит CCCP. С 50-х гг. началось применение высоких уступ (25-45 м) для отработки мягких вскрышных пород на карьерах ПО «Сера», «Александрияуголь», «Укрогнеупорнеруд». При разработке взорванных скальных пород высокие уступы применяются на карьерах цементного сырья и нерудных строительных материалов (20-25 м). Взрывание высоких уступов с последующим разделением развала на уступ обычной высоты широко применялось с 60-х гг. на карьерах Кривбасса. Тенденция к расширению области применения высоких уступов будет сохраняться в связи с необходимостью снижения металло- и энергоёмкости разработки.

При подземной разработке месторождений уступ — часть забоя, образованная двумя пересекающимися плоскостями. Уступы создаются при невозможности или нецелесообразности одновременной выемки полезных ископаемых по всей площади очистного забоя. Деление лавы на уступы осуществляется при разработке крутопадающих угольных пластов. Уступы отрабатывают с некоторым опережением один относительно другого, начиная с верхнего. Благодаря этому выемка угля в уступах может производиться одновременно по всей лаве, в безопасных для горнорабочих условиях. Опережение отдельных уступов выбирают кратным расстоянию между рядами рам крепи по простиранию. Нижний по падению уступ (т.н. магазинный) в случае необходимости используется для аккумулирования угля, поступающего с верхнего уступа. В связи со сложностью механизации работ в уступных забоях объёмы их применения уменьшаются.

Выемка отдельными слоями, формируемыми в виде уступов, осуществляется при разработке пологих и наклонных рудных залежей мощностью обычно более 4-5 м. Забои разделяют на уступы иногда и при проведении горных выработок (тоннелей и т.п.) большого поперечного сечения.

Углы откосов рыхлых пород

Контрфорс — это насыпное сооружение из пород скальной вскрыши, применяе

мое для укрепления откосов уступов нерабочих бортов, капитальных траншей, а также отвалов рыхлых пород (рис. V.10). Возведение контрфорса технологично, мобильно и эффективно: пригрузка откоса служит подпорной стенкой и дренажной призмой, предотвращает набухание и оплывание глинистых пород, защищает поверхность откоса от эрозионного разрушения, а поверхность фильтрующего откоса -— от промерзания, образования наледей, обеспечивает нормальную работу дренажных устройств. К недостаткам сооружений следует отнести большую собственную массу и занимаемые площади, требующие значительной ширины берм, если отсыпка производится на заоткошенные уступы.

Для сохранения ширины берм производится частичная выемка рыхлых пород и замена их скальными. Отсыпают контрфорсы на подготавливаемое основание. Если в основании оползня залегают скальные или полускальные породы, их рыхлят на глубину 1—1,5 м при помощи буровзрывных работ. В случае слабых пород производят экскаваторную выемку на такую же глубину. Такое мероприятие препятствует совпадению основания контрфорса с поверхностью скольжения. Для предотвращения сдвига в основании контрфорса производят отсыпку твердых пород на свайный фундамент, состоящий из ряда вертикальных свай, не полностью забитых в основание уступа. Выступающие на 2—2,5 м концы свай связывают поперечными железобетонными ригелями. Общее сопротивление контрфорса сдвигу должно равняться оползневому давлению. Тогда масса контрфорса

Читать еще:  Не качественная отделка откосов

где F — давление пород призмы возможного обрушения; Cpyt — коэффициент трения контрфорса по основанию.

Для предотвращения поверхностных деформаций откосов, связанных с действием агентов выветривания, контрфорс сооружают с минимально допустимой шириной основания и крутизной откоса скальных пород (32—40°). Минимальную толщину слоя контрфорса по вертикали hmm определяют с учетом необходимой величины нормального давления CTmin, препятствующего развитию давления набухания глинистых пород и обеспечивающего удерживание частиц контрфорса на наклонной поверхности. Эту величину приближенно можно рассчитать по формуле

где ук — плотность минеральных частиц контрфорса; P — угол наклона откоса уступа.

Ширину контрфорса поверху «а» и понизу «в» определяют путем построения угла естественного откоса скальных пород для значения Стшіп, которое превосходит все другие расчетные значения.

Контрбанкеты применяются для укрепления оплывающих песчаных откосов (рис. V.11). Параметры их зависят от коэффициента фильтрации водоносного горизонта удельного расхода воды д и заложения откоса (0 в пределах промежутка высачивания; высота пригрузки hn должна быть больше (на 0,5—1,0 м) высоты промежутка высачивания К.

Горнотехнический этап рекультивации

Формирование откосов отвала в соответствии с последующим использованием

Выполаживание откосов отвалов осуществляются с целью повышения устойчивости, предотвращения локальных разрушений и исключения вредного воздействия на окружающую среду. Крутые откосы чаще подвержены оползневым явлениям, водной и ветровой эрозии. Озеленение и эффективное использование крутых склонов (откосов) затруднено.

Для образования отвалов применяется бульдозерный способ. Вскрышные породы разгружаются на отвальном ярусе и далее порода сталкивается под откос бульдозерами ДЭТ-250М.

Техническая характеристика бульдозера ДЭТ-250 М

Модель бульдозераДЭТ-250М
Мощность двигателя, кВт243
Длина отвала, мм4310
Высота отвала, мм1550
Подъем отвала, мм800

Развитие отвалов происходит по веерной (площадной) схеме с постепенным наращиванием высоты отвала до проектной высоты яруса.

Наибольший по площади и емкости отвал заполняется скальной породой и формируется в один ярус с отметкой + 285 м. Высота яруса достигает 40 м. Угол откоса яруса 38 ○ – 40 ○ .

Отвалы морены №1 и №2 формируются в один ярус и имеют отметки + 255 м, + 260 м соответственно. Высота яруса достигает 20 м, угол откоса яруса — 35 ○ -37 ○ .

Объем работ по выполаживанию отвального откоса:

Для отвала скальной породы:

, м 3

Для отвала морены №1:

, м 3

где: — высота отвала (яруса отвала), м; — угол выполаживания отвала (яруса отвала), град; — угол отсыпки отвала (естественного откоса пород), град; — периметр отвала (яруса отвала), м.

Выполаживание проводим сверху вниз путём перемещения пород с верхней бровки яруса на нижнюю, что предполагает увеличение земельной площади для размещение объёмов пород, равное:

Для отвала скальной породы:

Для отвала морены №1:

Эксплуатационная производительность бульдозера по плотной горной массе:

Для отвала скальной породы:

, м 3 /ч

Для отвала морены №1:

, м 3 /ч

где: — объем породы в рыхлом состоянии перемещаемый отвалом бульдозера (объем призмы волочения), м 3 ; — время цикла, с; — коэффициент, учитывающий потери породы в процессе её перемещения, ; = 0,004-0,008 – большие значения для рыхлых сухих пород; — расстояние транспортирования пород, м; — коэффициент использования рабочего времени = 0,7-0,95; — коэффициент, учитывающий уклон на участке работы.

, м 3

где: — высота отвала бульдозера, м; — длина отвала бульдозера, м; — угол откоса развала породы ( =35-50º, меньшее значение для сухих и рыхлых пород), град

Для отвала скальной породы:

, с

Для отвала морены №1:

, с

где: , — расстояние транспортирования породы (холостого хода), м; , — скорость движения бульдозера с грузом (холостого хода), м/с.

Эксплуатационная производительность бульдозеров за 8 часовую рабочую смену, м 3

Для отвала скальной породы:

, м 3 /смена

Для отвала морены №1:

, м 3 /смена

Количество часов работы одного бульдозера на планировочных работах:

Для отвала скальной породы:

, ч

Для отвала морены №1:

, ч

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

4.5.5 Определение угла внутреннего трения песков по углу естественного откоса

Для ориентировочного представления от угле внутреннего трения песков определяют угол их естественного откоса. Под последним принято понимать тот предельный угол наклона откоса, при котором порода в откосе находится в устойчивом состоянии – не осыпается, не опалывает и т.д.

В лабораторных условиях угол естественного откоса определяют только для песчаных и гравелистых пород. Для песка эта характеристика может определяться при воздушно-сухом состоянии и при помещении его в воду.

В банку в форме параллелепипеда, поставленную на ребро под углом 45 0 , насыпают песок (рисунок 4.51). Верхняя поверхность должна быть горизонтальной. Затем банку опирают на дно, после осыпания песка измеряют высоту откоса h и длину заложения песка ℓ, затем вычисляют угол естественно откоса

(4.59)

Таким же образом определяют угол естественного откоса песка, находящегося под водой. В банку с песком медленно наливают воду.

Рисунок 4.51 – Определение угла естественного откоса песчаных пород

Читать еще:  Поезд упал под откос

Самым простым способом определения угла естественного откоса является определение с помощью цилиндра без дна (рисунок 4.52). В цилиндр засыпают породу и медленно ее поднимают, после чего измеряют высоту h и диаметр основания образовавшегося конуса d.

Угол естественного откоса определяют по формуле

, (4.60)

Рисунок 4.50 – Определение угла естественного откоса с помощью цилиндра

4.6 Пределы изменения прочностных параметров пород угольных шахт Донбасса

Прочностные параметры пород зависят от геологических процессов, в результате которых они образовались, а также от трещиноватости, влажности, температуры, пористости и слоистости.

В естественном состоянии пределы прочности при одноосном сжатии σсжосновных типов вмещающих пород Донбасса следующие: песчаники – 60-180 МПа; алевролиты – 25-100 МПа; аргиллиты – 10-70 МПа; известняки – 40-200 МПа. Для углей – 2,4-35 МПа.

Если нет более точных сведений, рекомендуется принимать

;;.

Трещиноватость, имеющаяся в массиве горных пород, в зависимости от ее интенсивности, снижает сопротивляемость массива сжатию по сравнению с образцом на 10-80%. Сопротивляемость массива растяжению может быть нулевой при густой сети открытых трещин; может быть снижена на 90-99% по сравнению с образцом при густой сети закрытых трещин и, наконец, быть снижена на 80-95 при микротрещиноватости.

Длительное увлажнениепород, которое часто наблюдается на угольных шахтах, снижает сопротивляемость массива сжатию по сравнению с образцом на 20-70%.

Увеличение температурыипористостиприводит к снижению прочностных характеристик пород.

Слоистостьгорного массива влияет на его сопротивляемость так, что в направлении вдоль слоистости сопротивляемость сжатию меньше, чем в направлении перпендикулярном слоистости, а сопротивляемость растяжению – наоборот.

Контрольные вопросы

Что такое напряжение?

Как определяются напряжения при растяжении, сжатии?

Как изменяются напряжения при растяжении в зависимости от ориентации сечения?

Понятие напряженного состояния в точке.

Что представляет собой тензор напряжений?

Что такое линейная деформация?

В чем заключается закон парности касательных напряжений?

Как формулируется закон Гука при растяжении?

Виды напряженных состояний.

Как определяются касательные напряжения в наклонных площадках при плоском напряженном состоянии?

Что такое круговая диаграмма напряженного состояния?

Что называют главными напряжениями?

Как с помощью круговой диаграммы напряжений определить главные напряжения?

Как определяется направление главных напряжений?

Круговая диаграмма напряженного состояния при объемном напряженном состоянии.

Чему равны наибольшие касательные напряжения?

Какие возникают напряжения и деформации при сдвиге?

Чему равна потенциальная энергия деформации?

В чем заключается природа хрупкого разрушения, разработанная А. Гриффитсом?

Что представляет собой кинетическая теория разрушения, разработанная академиком С.Н. Журковым?

В чем заключаются теории наибольших линейных деформаций, наибольших касательных напряжений, энергетическая теория прочности?

Что такое теория прочности Мора?

Способы построения паспорта прочности горных пород?

Какие свойства следует называть физико-механическими?

Общие понятия о механических свойств горных пород.

Какие показатели характеризуют прочность горных пород?

Как определяют прочность горных пород методом соосных пуансонов?

Как определяется предел прочности при растяжении?

В чем заключается метод определения прочности горных пород на разрыв методом раскалывания?

Какие схемы испытания применяются при изучении свойств песчаных и глинистых пород при сдвиге?

Опишите устройство стабилометров и их назначение.

Схемы передачи напряжений на породу в стабилометрах типов А и Б.

Определение угла естественного откоса песчаных пород.

Необходимые размеры образцов горных пород для исследования их механических свойств.

Каким образом определяются прочностные показатели на образцах неправильной формы?

В чем заключается метод определения прочностных характеристик с помощью удара шариковым молотком?

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Определение насыпной плотности, гранулометрического состава и угла естественного откоса горных пород

Насыпная плотность. Для разрушенных горных пород понятия объемная плотность и плотность минерального скелета (твердой фазы) применимы только для отдельных кусков породы. Характеристикой же разрыхленной породы в целом является насыпная плотность. Насыпная плотность rн– это масса единицы объема породы в разрыхленном (раздробленном) состоянии. С учетом насыпной плотности породы рассчитываются погрузочно-транспортные операции на горном предприятии. Для расчета насыпной плотности необходимо знать массу разрыхленной породы и ее объем V (например, объем вагонетки, в которой порода транспортируется), кг/м 3 : rн = m / V.

Насыпная плотность данной породы зависит от коэффициента разрыхления Кр , который всегда больше единицы. Кр = Vр / Vм = rо / rн, где Vр – объем породы в разрыхленном состоянии; Vм – объем породы в монолите.

Коэффициент разрыхления (см. табл. 5 прил.) зависит от степени однородности дробления, формы и взаимного расположения кусков разрушенной породы.

В действительности разрыхленная порода состоит из кусков и кусочков различной формы и размеров, т.е. из нескольких (многих) фракций. В таком случае свободное пространство между крупными кусками заполняется мелким материалом. Величина Крстановится меньше и зависит от соотношения между размерами наиболее крупных и самых мелких кусков породы и соотношения их объемов.

Насыпная плотность и коэффициент разрыхления зависят от ряда внешних факторов: от продолжительности пребывания породы в рыхлом состоянии (от самоуплотнения), давления и влажности породы.

Высокий коэффициент разрыхления в большинстве случаев оказывает отрицательное влияние на технологический процесс: снижается степень заполнения ковшей породопогрузочных машин, транспортных средств и бункеров, увеличивается площадь отвалов, складов.

При отбойке пород и добыче полезного ископаемого руководствуются определенным соответствием между применяемым горным оборудованием и крупностью кусков разрыхленной породы с учетом необходимости измельчения пород на последующих стадиях переработки. Конкретный размер кусков (оптимальный) породы устанавливается путем экономических расчетов.

На практике коэффициент разрыхления определяется с помощью специального металлического ящика размером 1,0 х 1,0 х 1,0м или транспортного сосуда, например, вагонетки.

Читать еще:  Укрепление откоса плитами серия

Ящик или кузов вагонетки заполняется доверху породой, а свободное пространство заполняется полностью водой при помощи мерного сосуда. Величина коэффициента разрыхления определяется по формуле: Кр = V / (V – ΔV), где V— объем сосуда; DV— объем воды, используемой на заполнение ящика (вагонетки) с породой.

Гранулометрический состав. Практически характер и качество разрушения породы четко определяется ее гранулометрическим составом. Он характеризует разрыхленную горную породу по процентному содержанию в ней частиц различной крупности и может быть изображен кривой (рис. 1.3), если по оси абсцисс откладывается диаметр частиц, а по оси ординат, в процентах — суммарное содержание частиц диаметром, меньшим данного диаметра.

Для характеристики неоднородности рыхлых пород используется отношение d60 / d10 = Кн, называемое коэффициентом неоднородности (d60— максимальный диаметр кусков, составляющих 60%, а d10— максимальный диаметр кусков, составляющих 10% общего объема рыхлой породы).

Гранулометрический состав породы имеет значение при процессах гидромеханизации. От него зависят удельный расход воды на разработку и транспортирование, наименьший допустимый уклон подошвы забоя и лотков, критическая скорость воды.

Рис. 1.3. Кривая гранулометрического состава.

Угол естественного откосаφо — максимальный угол, образуемый свободной поверхностью рыхлой, раздробленной породы с горизонтальной плоскостью.

Частицы породы, находящиеся на этой поверхности, испытывают состояние предельного равновесия. Если вес частицы Р (рис. 1.4.), то в состоянии предельного равновесия на свободной поверхности на частицу действуют силы: Рп — сила нормального давления, прижимающая частицу к свободной поверхности; Рt — сила, стремящаяся сдвинуть частицу вниз; Fт— сила трения, зависящая от величины Рпи коэффициента трения fтр; R— реакция опоры.

Рис. 1.4. Схема к расчету угла и коэффициента трения.

Поскольку частица в равновесии: Рτ — Fт = 0; Р · sin φо — P· cos φо · fтр = 0,т.е. tgjо = fтр , arctg fтр = jо. Таким образом, угол естественного откоса зависит от коэффициента трения между кусками породы и поверхностью, по которой возможно ее скольжение.

Для рыхлой (сыпучей) среды, например песка, он может быть определен с помощью цилиндрической емкости без дна. Емкость устанавливается на горизонтальной площадке и заполняется породой. Затем цилиндр поднимают и порода формирует свободную поверхность, соответствующую углу естественного откоса.

В общем случае угол естественного откоса зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от плотности материала. С увеличением влажности до некоторого предела у таких горных пород, как уголь или песок, угол естественного откоса возрастает. С увеличением крупности и угловатости частиц он также увеличивается. В целом у рыхлых пород в зависимости от влажности он находится в пределах 0 – 40 о . По углам естественного откоса определяются максимальные допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей.

Упругие свойства горных пород характеризуют их поведение под действием внешних нагрузок. При нагружении порода деформируется — изменяет размеры, форму и объем. При этом в деформируемом объеме породы возникают внутренние силы сопротивления, называемые напряжениями, которые стре­мятся восстановить прежнюю форму и размеры образца.

Если напряжения не превышают определенного значения разного для каждого типа пород, то после снятия нагрузки деформации, вызванные ее действием, исчезают. Такие деформации называются упругими (обратимыми). При этом внутренние силы сопротивления совершают работу, равную работе внешней нагрузки. Если напряжения превышают определенную для разных пород величину, то деформации носят пластический (необратимый) характер. Минимальные напряжения, при которых начинаются пластические деформации, называются пределом упругости породы sЕ. Это один из параметров упругости пород. Остальные параметры, численно оценивающие упругие свойства пород, это коэффициенты пропорцио­нальности между напряжениями и соответствующими им упругими деформациями (рис. 1.5). Деформации, происходящие по направлению действующей силы, называются продольными xl, а перпенди­кулярно ей — поперечными xd:

где xl — относительная продольная деформация; l -длина образца до деформации; l1 — длина образца после деформации; xd — относи­тельная поперечная деформация; d — ширина образца до деформации; d1 — ширина образца после деформации,

и — абсолютные деформации.

Модуль упругости (или модуль Юнга) Е является коэффициен­том пропорциональности между действующим нормальным напряжением s и относительной продольной упругой деформацией xl: . Для большинства горных пород модуль упругости Е составляет 10 3 — 10 5 MПa и зависит от состава и строения пород.

Рис. 1.5. Деформация образца породы под действием нормальных (а)

и касательных (б) сил.

Коэффициент Пуассона m (рис. 1.5 а) является коэффициентом пропор­циональности между относительными поперечными xd и относительными продольными x деформациями: xd =m·x или m = xd /x . Величина m безразмерная, теоретически не выходящая за пределы 0 ¸ 0,5. Коэффициент Пуассона для горных пород колеб­лется в пределах от 0,1 до 0,45.

Модуль сдвига G — коэффициент пропорциональности между касательными напряжениями (t) и соответствующей деформацией сдвига (g) (рис 1.5 б): . Модули упругости связаны между собой зависимостью: G = E/2(1+m).

Поскольку коэффициент Пуассона лежит в пределах 0 ¸ 0,5, модуль сдвига всегда меньше модуля Юнга. Однако для горных пород эта зависимость оказывается более сложной из-за их сложного состава, пористости, влажности и дру­гих свойств, что приводит к получению нестабильных показателей и отклонениям от закона Гука, хотя минералы, слагающие породу, этому закону подчиняются. Упругие характеристики некоторых горных пород приведены в табл. 2 приложения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector