Stroi-doska.ru

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

Устойчивый угол откоса борта карьера

Консалтинг

Геомеханическое обоснование параметров устойчивости бортов открытых горных разработок и откосов отвалов

Геомеханические исследования и моделирование

– структурная оценка месторождения для определения геомеханических доменов и гидрогеологических условий;

– оценка качества исходных данных инженерно-геологических и гидрогеологических данных, разработка программы выполнения геологоразведочных работ и инженерных изысканий;

– проведение полевого геомеханического обследования участков открытых горных работ;

– полевые геомеханические исследования, картирование, документирование, создание баз данных;

– подготовка обоснования исследования горного массива геофизическими методами;

– интерпретация результатов геофизических исследований;

– построение геомеханических моделей отработки месторождения с учётом литологических, структурных и гидрогеологических особенностей месторождения с учётом горно-технических факторов;

– оценка напряженно-деформированного состояния бортов карьеров и отвалов на основе натурных наблюдений и компьютерного моделирования.

Геомеханическое обоснование устойчивости откосов бортов, уступов и отвалов

– расчёт устойчивости откосов на угольных разрезах;

– расчёт устойчивости и несущей способности отвалов;

– оценка устойчивости откосов склонов, выемок и насыпей при строительстве, эксплуатации, консервации и ликвидации ответственных зданий, сооружений и транспортных коммуникаций;

– расчёт устойчивости складов ПСП, ППСП;

– оценка устойчивости дамб гидротехнических сооружений;

– расчёт ширины призм возможного обрушения для различных типов горнотранспортного оборудования.

Разработка инженерно-технических решений и мероприятий

– разработка инженерно-технических решений и мероприятий, повышающих устойчивость откосов;

– разработка мероприятий по обеспечению устойчивого состояния отвалов;

– разработка мероприятий по обеспечению устойчивого состояния системы борт-отвал;

– разработка мероприятий и рекомендаций по устранению последствий деформационных процессов (оползней, обрушений и т.д.) прибортовых массивов горных выработок, отвалов и насыпей;

– разработка рекомендаций по построению устойчивого борта в целом, сложенного породами различных групп, для которых устойчивые углы откосов бортов и уступов определены раздельно.

Мониторинг деформаций

– разработка проекта геомеханического мониторинга за устойчивостью бортов карьеров и отвалов;

– разработка системы мониторинга деформаций для СМИС;

Инжиниринговые и консультационные услуги

– анализ принимаемых горно-технических решений;

– консультационные услуги по технологии открытых горных работ;

– выполнение поверочных расчётов устойчивости;

– консультационные услуги в части увязки геомеханического обоснования устойчивости бортов, уступов и отвалов с задачами выбора схем вскрытия рабочих горизонтов, конструирования рабочих и стационарных бортов разреза, включающих в себя систему вскрывающих выработок;

– консультационные услуги по определению параметров технологических схем ведения горных работ на разрезах с учетом обеспечения устойчивого состояния их элементов (устойчивых откосов уступов и отвальных ярусов, необходимых берм безопасности при нагрузке уступов горнотранспортным оборудованием и т.п.);

– консультационные услуги по увязке мероприятий по обеспечению повышения устойчивости объектов горного производства (бортов, уступов, отвалов) с основными технологическими решениями по предприятию открытой угледобычи.

  • О компании
    • О нас
    • История компании
    • Отчетность
    • Сотрудники
    • Музей
    • Лицензии
    • Вакансии
    • Наши заказчики
    • Отзывы
  • Услуги
    • Проектирование
    • Геологоразведка
    • Инженерные изыскания
    • Надзор и контроль
    • Консалтинг
    • Финансы
    • Угледобыча
    • Маркшейдерия
  • Проекты
  • Медиацентр
  • Тендеры
  • Наши партнеры
    • Информация
    • Зарубежные партнеры
    • Российские партнеры
  • Контакты

Кемерово, ул. Н. Островского, 34

(+7 38 42) 58 56 56
(+7 38 42) 58 01 30

ОАО «Кузбассгипрошахт». Все права защищены, любое копирование материалов сайта запрещено.

3.5. Конструкции и устойчивость бортов карьеров

Практически возможен случай открытой разработки небольших по размерам в плане и круглых по форме залежей полезного ископаемого с вертикальными (или близкими к ним) откосами бортов карьера. При этом используют известный из практики строительства глубоких фундаментов метод «опускного колодца» , когда выемка пустых пород и полезного ископаемого производится открытым способом, а удержание вертикальных откосов осуществляется мощной бетонной и железобетонной крепью, опускаемой под давлением в толщу породного массива по мере углубления горных работ. Освоенные при таком способе глубины составляют 40—60 м, а диаметры «опускного колодца»— 20—60 м. Расчеты показывают возможность увеличения глубин до 150—200 м (при ступенчатых колодцах) и диаметров до 100—150 м. Эффективность такого способа доказывается расчетами применительно к конкретным условиям.

Типичным для открытых горных работ является выполаживание («разнос») бортов при удалении вскрышных пород до углов, обеспечивающих устойчивость и безопасность открытых горных работ. Угол откоса нерабочего борта γН (градус) по глубине карьера зависит от конструкции борта (чередования и ширины берм различного назначения), от угла откоса и высоты уступов:

где bТ и bП ширина соответственно транспортных и предохранительных берм, м; Ну высота уступа, м; а —угол откоса уступа, градус.

Аналогичным выражением характеризуется угол заложения (градус) рабочего борта карьера:

где ШР.П. —ширина рабочей площадки уступа, м.

При одинаковых величинах ШР.П, Ну и а по глубине карьера угол γР приближенно определяется параметрами одного рабочего уступа.

Угол откоса нерабочего борта карьера возрастает с увеличением высоты уступов и уменьшается при размещении на борту транспортных берм и съездов, а также при разработке в сложных инженерно-геологических условиях, когда уменьша­ются углы откосов нерабочих уступов и увеличивается ширина предохранительных берм. Уменьшение общего угла откоса борта глубоких карьеров на 3—5° приводит к увеличению объема вскрышных работ на десятки миллионов кубических мет­ров. Так, например, при глубине карьера 500 м и уменьшении угла откоса борта с 45 до 40° объем породы в карьере увеличи­вается на 24 млн.м 3 на каждые 1000 м длины борта.

Углы откосов нерабочего борта по условиям устойчивости зависят от прочности пород, состояния и структуры породного массива.

Необходимо не только определять устойчивые углы наклона бортов карьеров, но и научиться управлять состоянием массива горных пород для получения высоких экономических показателей и лучшего использования недр и земельных ресурсов.

Под управлением состояния массива горных пород понимается комплекс научных и технических мероприятий, направленных на достижение оптимальных параметров карьерных откосов, при которых обеспечивается безопасность ведения горных работ и их максимальная экономическая эффективность. Комплекс этих мероприятий определяется природными и горно-техническими условиями разработки месторождений.

Критериями оптимальности при этом могут служить минимизация приведенных затрат или максимизация прибыли, подсчитанные с учетом всех возможных в данных условиях вариантов формирования равноустойчивых бортов карьера с различными углами наклона и при различных способах их искусственного укрепления.

Исходные принципы управления состоянием массива горных пород.

1. Принимаемые углы откосов бортов карьеров должны обеспечивать безопасное (для людей и оборудования) ведение горных работ и наибольшую экономичность разработки месторождения.

2. Коэффициент запаса устойчивости бортов карьеров следует устанавливать по стадиям:

при проектировании (на основании разведочных данных);

при строительстве карьера и в первый период его эксплуатации (на основании данных горно-строительных и эксплуатационных работ) для обеспечения устойчивости рабочих и промежуточных бортов карьеров;

при подходе горных работ к предельному контуру (на осно­вании данных длительной эксплуатации) для определения пре­дельных контуров карьеров.

3. В сложных условиях, особенно в глубоких карьерах, необходимы специальные меры по управлению состоянием пород в бортах карьеров и специальные службы по наблюдению за устойчивостью бортов и контролю проводимых инженерных мероприятий.

Комплексная методика технологического управления состоянием пород в бортах карьеров включает методики:

выбора оптимального направления развития горных работ с учетом условий устойчивости бортов карьеров;

управления состоянием пород в бортах путем изменения их конструктивных параметров;

Способ заоткоски и отстройки нерабочего борта карьера

Владельцы патента RU 2246621:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке наклонных и крутопадающих месторождений. Техническим результатом является создание равноустойчивого крутого борта по глубине карьера при снижении объемов вскрыши на всех этапах его заоткоски и отстройки. Для этого способ включает нарезку уступов с изменяющимися углами. Причем дифференцированные по глубине карьера углы откосов сдвоенных уступов образуют с учетом снижения параметров нарушений с глубиной месторождения, при естественной блочности верхних горизонтов и влияния массовых взрывов и выветривания пород с постепенным увеличением их крутизны до оформления вертикальных откосов сдвоенных уступов при доработке карьера, причем углы откосов уступов и участков борта на верхних горизонтах в скальных сильнотрещиноватых породах составляют 50-55°, среднетрещиноватых и трещиноватых — 70-60° и в малотрещиноватых породах могут составлять 80-85°, а участки борта высотой 60-90 м в глубокой части карьера с вертикальными сдвоенными уступами и предохранительными бермами 10 м имеют угол откоса 80-85°. 2 ил., 1 табл.

Читать еще:  Установка откосов без уголков

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке наклонных и крутопадающих месторождений.

Известен способ заоткоски борта при отработке крутопадающих рудных тел, заключающийся в последовательной погоризонтной выемке вскрышных пород и полезного ископаемого и заоткоске уступов с глубиной под одинаковым углом, образуя плоский борт карьера (М.В.Васильев, К.М.Штукатуров, А.Ф.Ткачев. Железорудные карьеры. М.: Недра, 1982. — 262 с.).

Недостатком данного способа является то, что принимается одно значение угла откоса борта независимо от того, что геологоразведкой устанавливаются обычно две-три зоны по глубине месторождения, отличающиеся различной нарушенностью и трещиноватостью пород, как правило, снижающиеся с глубиной отработки месторождения. Завышение углов откоса борта в его верхней части приводит к преждевременному оползанию и обрушению участков борта, а занижение угла откоса в глубокой зоне малотрещиноватых и малонарушенных пород приводит к снижению глубины карьера. Кроме того, это приводит к автоматическому снижению ширины рабочей зоны карьера до минимальных значений, а в дне карьера до 15-30 м.

Известен способ отстройки борта при доработке кимберлитогого месторождения, заключающийся в том, что борт первоначально отстраивают промежуточной глубины с параметрами, допустимыми по устойчивости, а затем осуществляют погашение борта ниже промежуточного дна на этапе доработки массива полезного ископаемого в прибортовых целиках и заканчивают отстройку борта на этом участке сверхвысокими крутыми уступами под предельным углом погашения (А.С. №2180041 С2 Е 21 С 41/26 А.Н.Акишев, В.А.Бахтин, Н.К.Звонарев, Е.В.Бондаренко, М.В.Ганченко, опубл. 27.02.2002 Бюлл. №6).

Недостатком способа является то, что заоткоска и отстройка большей части борта осуществляются с параметрами, обеспечивающими их устойчивость, а при заоткоске нижней части борта под крутыми углами происходит подрезка борта, поскольку общий коэффициент запаса устойчивости меньше 1.3 (проект). Кроме того, накануне перед доработкой запасов коэффициент запаса может быть ниже значений в предельном состоянии и не исключены подвижки борта.

Помимо этого при сверхвысоких и крутых откосах уступов не гарантируется безопасность производства добычных работ при доработке карьера с небольшими запасами в целиках.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату является способ заоткоски и отстройки борта, включающий отстройку борта с откосом его, близко соответствующим профилю борта В.В.Соколовского (А.М.Демин, А.М.Иоффе, В.А.Зенкин Рациональный профиль борта карьера. Горн. инф. — аналит. бюлл — №1, 2002 г. — С.141-145). При этом профиле борта участки откоса в его верхней положе (до 20-25°), а затем следует постепенное их увеличение и в нижней на последнем участке их угол составляет 90°. Такой борт соответствует по форме “капле”, находящейся на потенциальной (наклонной) поверхности отрыва и связанной с ней сцеплением.

По методике ВНИМИ высота борта делится на 3 части, и в верхней части заоткоски участка борта осуществляется под углом 30-35° и более с крутыми углами в средней и нижней частях откоса борта.

Недостатком способов является то, что пологие углы откосов верхних участков бортов не соответствуют реальным условиям их устойчивости в скальных массивах. Такие откосы соответствуют откосам насыпных пород и близки к откосам отвалов.

Кроме того, пологие углы откосов в верхних участках борта приводят к большому ущербу при разработке месторождений открытым способом, поскольку параметры бортов карьеров на поверхности могут достигать 4-6 км и более и на этих участках предстоит разрабатывать большой объем дополнительной вскрыши.

Целью изобретения является создание равноустойчивого крутого борта по глубине карьера при снижении объемов вскрыши на всех этапах его заоткоски и отстройки.

Поставленная цель достигается тем, что способ заоткоски и отстройки борта карьера включает нарезку уступов с изменяющимися углами. Причем дифференцированные по глубине карьера углы откосов сдвоенных уступов образуют с учетом снижения параметров нарушений с глубиной месторождения, при естественной блочности верхних горизонтов и влияния массовых взрывов и выветривания пород с постепенным увеличением их крутизны до оформления вертикальных откосов сдвоенных уступов при доработке карьера, причем углы откосов уступов и участков борта на верхних горизонтах в скальных сильнотрещиноватых породах составляют 50-55°, среднетрещиноватых и трещиноватых — 70-60° и в малотрещиноватых породах могут составлять 80-85°, а участки борта высотой 60-90 м в глубокой части карьера с вертикальными сдвоенными уступами и предохранительными бермами 10 м имеют угол откоса 80-85°.

Особенностью создания устойчивых бортов в карьерах, особенно глубоких, является то, что отстройка верхних уступов и участков борта опережает формирование уступов в глубоких зонах на 20-30 лет и более.

В известных методах определения параметров бортов карьеров (метод ВНИМИ и др.) в расчет принимается ослабленная поверхность скольжения, по которой со временем при доработке карьера борт переходит в равновесное (предельное) состояние. Расчетные характеристики пород на сдвиг при этом редко превышают с учетом коэффициента запаса n3=1.3: угол внутреннего трения (ϕ=30-32°, а сцепление С=0,2-0,4 МПа. Определенные по ним параметры бортов карьеров глубиной Н=300-500 м (угол откоса борта αб), как правило, не превышают 42-45°.

Между тем по генезису образования (магматические) и структуре скальных пород особенно наклонные и крутопадающие рудные тела, работающие в откосе борта на срез (без выявленных крутоподсекающих бортов тектонических разрывов), месторождения могут быть разделены на типы: скальные малотрещиноватые, близкие к монолитным, скальные средне- и трещиноватые, сильнотрещиноватые. Сцепление пород в них отличается на порядок и более: от 0,3-0,5 МПа (при смещении блоков относительно друг друга) до 7-10 МПа (при работе пачек на срез).

Равноустойчивый оптимальный угол наклона уступов и борта карьера с глубиной месторождения необходимо определять с учетом:

— снижения трещиноватости и нарушенности пород с глубиной месторождения;

— влияния массовых взрывов в карьерах на разрушение (трещинообразование) приоткосного массива (на величину 100-140 диаметров заряда и более);

— влияния выветривания и гидрогеологии на устойчивость откосов уступов и приоткосного массива борта;

— влияние разгрузки массива;

— учет периода доработки карьера, когда горные работы под последними заоткошенными уступами не ведутся.

Снижение трещиноватости пород массивов с глубиной месторождения может быть

описано выражением вида

где А — постоянная;

Н — глубина карьера;

х — показатель степени.

Значения величин как постоянных А, так и х для месторождений, различны и подлежат определению.

Влияние массовых взрывов в карьере на нарушение приоткосных массивов определяется с учетом взрыва ВВ за весь срок эксплуатации карьера (в приоткосной зоне).

В общем виде клин сдвига в приоткосном массиве от взрыва ВВ условно может быть оформлен наклоном прямой к горизонтали под углом α1. Глубина распространения нарушений на поверхности от количества ВВ изменяется от 10-15 м (малотрещиноватый массив) до 100-120 м (сильнотрещиноватый массив), а от бровки откоса вблизи дна от 3-5 до 5-10 м.

Ширина зоны выветривания, которая должна приниматься в расчет при заоткоске уступов и участков борта, может изменяться от 1-2 м (малотрещиноватые, близкие к монолитным) до 8-10 м (сильнотрещиноватые массивы) за 20-25 лет их стояния.

Влияние разгрузки массива проявляется в большей степени в блочном трещиноватом массиве, особенно в период формирования клина сдвига.

Учет периода доработки карьера необходимо для того, чтобы произвести заоткоску уступов под максимально возможным углом вплоть до 90°, поскольку ведение работ под такими откосами непродолжительны и сдвижения откоса на таких участках бортов при минимальной нарушенности скальных пород невозможны.

Одновременный учет влияющих факторов предопределяет плавное изменение углов заоткоски уступов и участков борта с глубиной месторождения, а профиль откоса борта близок к выпуклому с постепенно изменяющейся геометрией и крутизной до вертикального участка вблизи дна карьера.

Крутизна отдельных участков борта может изменяться от 50-55° (верхние одинарные уступы в сильнотрещиноватых массивах), 70-60° — в трещиноватых массивах на средних горизонтах и до 80-85° в малотрещиноватых массивах на глубоких горизонтах при доработке карьера.

В таблице приведена классификация массивов пород по нарушенности и трещиноватости в соответствии с коэффициентами трещиноватости.

Таблица
Классификация породных массивов по трещиноватости и сцеплению пород
ПоказателиЕдиницы измеренияТипы массивов
малотрещиноватыетрещиноватыеинтенсивно трещиноватые
Коэффициент трещиноватостиЧисло трещин на 1 м кернадо 3-515-25свыше 25-30
СцеплениеМПа7-702-30,5-1
Читать еще:  Как рассчитать откос насыпи

На фиг.1 приведен разрез месторождения с дифференцированными по глубине карьера углами откоса уступов борта.

На фиг.2а, 2б, 2в, 2 г, 2д приведены графики изменения величины сцепления и угла внутреннего трения породного материала по мере уменьшения его крупности d. При блоках размером 1 м более сцепление пород достигает 7-10 МПа, а угол внутреннего трения 45° и более.

Пример конкретного исполнения

Для Ньоркпахского месторождения апатито-нефелиновых руд, отрабатываемого одноименным карьером рудника “Восточный” ОАО “Апатит” на основе учета всех влияющих факторов, таких как большая нарушенность пород на верхних горизонтах (крупная блочность пород), влияние массовых взрывов в карьере, снижающих сцепление между блоками до минимальных значений и зоной распространения до 50-100 м, выветриванием пород на верхних горизонтах на ширину до 20-30 м за 20 лет работы карьера определены параметры устойчивых откосов уступов и участков борта до конца отработки месторождения карьером.

На средних и особенно нижних горизонтах ширина зоны нарушений постоянно снижается и составляет 5-10 м при отработке последнего горизонта.

Коэффициенты А и х, определяющие закономерность снижения коэффициента трещиноватости массива с глубиной, составили соответственно А=116, х=0,43. В соответствии с установленной зоной нарушений по глубине карьера (Нк=260-390 м) определены устойчивые углы откосов уступов и участков борта. Они составили на верхнем горизонте 50-55°, на последующих с увеличением до 60-70° (средние горизонты) и до 80-85° — на нижних, причем два последних сдвоенных уступа (участок борта Ну=60 м) имеют угол 90° (вертикальные сдвоенные уступы) с бермой 5-10 м для безопасности выполнения работ. Угол откоса борта на этом участке составит 78-80°.

По проекту угол откоса борта (плоский) 46-47°. По предлагаемому способу крутизна борта 56-57°, что обеспечивает снижение объема пород в бортах от разноса по сравнению с проектом до 35-38 млн.м 3 .

Для глубокого Коашвинского карьера рудника Восточный ОАО “Апатит” (Нк=600-800 м) участок борта в глубокой части карьера с минимальным нарушением законтурного массива определены три сдвоенных вертикальных уступа по 30 м с бермами шириной 5-10 м (участок борта Ну=90 м), угол откоса участка борта — 78-80°. На карьерах высота уступов h=15 м, щелеобразование производится бурением скважин диаметром 100-120 мм.

Способ заоткоски и отстройки борта карьера, включающий нарезку уступов с изменяющимися углами, отличающийся тем, что дифференцированные по глубине карьера углы откосов сдвоенных уступов образуют с учетом снижения параметров нарушений с глубиной месторождения при естественной блочности верхних горизонтов и влияния массовых взрывов и выветривания пород с постепенным увеличением их крутизны до оформления вертикальных откосов сдвоенных уступов при доработке карьера, причем углы откосов уступов и участков борта на верхних горизонтах в скальных сильнотрещиноватых породах составляют 50-55°, среднетрещиноватых и трещиноватых — 70-60° и в малотрещиноватых породах могут составлять 80-85°, а участки борта высотой 60-90 м в глубокой части карьера с вертикальными сдвоенными уступами и предохранительными бермами 10 м имеют угол откоса 80-85°.

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

  • Главная

Категории

  • Астрономия
  • Биология
  • Биотехнологии
  • География
  • Государство
  • Демография
  • Журналистика и СМИ
  • История
  • Лингвистика
  • Литература
  • Маркетинг
  • Менеджмент
  • Механика
  • Науковедение
  • Образование
  • Охрана труда
  • Педагогика
  • Политика
  • Право
  • Психология
  • Социология
  • Физика
  • Химия
  • Экология
  • Электроника
  • Электротехника
  • Энергетика
  • Юриспруденция
  • Этика и деловое общение

Изобретательство Конструкции и устойчивость бортов карьеров

Практически возможен случай открытой разработки небольших по размерам в плане и круглых по форме залежей полезного ископаемого с вертикальными (или близкими к ним) откосами бортов карьера. При этом используют известный из практики строительства глубоких фундаментов метод «опускного колодца» , когда выемка пустых пород и полезного ископаемого производится открытым способом, а удержание вертикальных откосов осуществляется мощной бетонной и желœезобетонной крепью, опускаемой под давлением втолщу породного массива по мере углубления горных работ. Освоенные при таком способе глубины составляют 40—60 м, а диаметры «опускного колодца»— 20—60 м. Расчеты показывают возможность увеличения глубин до 150—200 м (при ступенчатых колодцах) и диаметров до 100—150 м. Эффективность такого способа доказывается расчетами применительно к конкретным условиям.

Типичным дляоткрытых горных работ является выполаживание («разнос») бортов при удалении вскрышных пород до углов, обеспечивающих устойчивость и безопасность открытых горных работ. Угол откоса нерабочего борта γН (градус) по глубинœе карьера зависит от конструкции борта (чередования и ширины берм различного назначения), от угла откоса и высоты уступов:

где bТ и bП ширина соответственно транспортных и предохранительных берм, м; Ну высота уступа, м; а —угол откоса уступа, градус.

Аналогичным выражением характеризуется угол заложения (градус) рабочего борта карьера:

где ШР.П. —ширина рабочей площадки уступа, м.

При одинаковых величинах ШР.П, Ну и а по глубинœе карьера угол γР приближенно определяется параметрами одного рабочего уступа.

Угол откоса нерабочего борта карьера возрастает с увеличением высоты уступов и уменьшается при размещении на борту транспортных берм и съездов, а также при разработке в сложных инженерно-геологических условиях, когда уменьша­ются углы откосов нерабочих уступов и увеличивается ширина предохранительных берм. Уменьшение общего угла откоса борта глубоких карьеров на 3—5° приводит к увеличению объема вскрышных работ на десятки миллионов кубических мет­ров. Так, к примеру, при глубинœе карьера 500 м и уменьшении угла откоса борта с 45 до 40° объем породы в карьере увеличи­вается на 24 млн.м 3 на каждые 1000 м длины борта.

Углы откосов нерабочего борта по условиям устойчивости зависят от прочности пород, состояния и структуры породного массива.

Необходимо не только определять устойчивые углы наклона бортов карьеров, но и научиться управлять состоянием массива горных пород для получения высоких экономических показателœей и лучшего использования недр и земельных ресурсов.

Под управлением состояния массива горных пород принято понимать комплекс научных и технических мероприятий, направленных на достижение оптимальных параметров карьерных откосов, при которых обеспечивается безопасность ведения горных работ и их максимальная экономическая эффективность. Комплекс этих мероприятий определяется природными и горно-техническими условиями разработки месторождений.

Критериями оптимальности при этом могут служить минимизация приведенных затрат или максимизация прибыли, подсчитанные с учетом всœех возможных в данных условиях вариантов формирования равноустойчивых бортов карьера с различными углами наклона и при различных способах их искусственного укрепления.

Исходные принципы управления состоянием массива горных пород.

1. Принимаемые углы откосов бортов карьеров должны обеспечивать безопасное (для людей и оборудования) ведение горных работ и наибольшую экономичность разработки месторождения.

2. Коэффициент запаса устойчивости бортов карьеров следует устанавливать по стадиям:

при проектировании (на основании разведочных данных);

при строительстве карьера и в первый период его эксплуатации (на основании данных горно-строительных и эксплуатационных работ) для обеспечения устойчивости рабочих и промежуточных бортов карьеров;

при подходе горных работ к предельному контуру (на осно­вании данных длительной эксплуатации) для определœения пре­дельных контуров карьеров.

3. В сложных условиях, особенно в глубоких карьерах, необходимы специальные меры по управлению состоянием пород в бортах карьеров и специальные службы по наблюдению за устойчивостью бортов и контролю проводимых инженерных мероприятий.

Комплексная методика технологического управления состоянием пород в бортах карьеров включает методики:

выбора оптимального направления развития горных работ с учетом условий устойчивости бортов карьеров;

управления состоянием пород в бортах путем изменения их конструктивных параметров;

постановки бортов в предельное положение.

Читайте также

Практически возможен случай открытой разработки небольших по размерам в плане и круглых по форме залежей полезного ископаемого с вертикальными (или близкими к ним) откосами бортов карьера. При этом используют известный из практики строительства глубоких фундаментов. [читать подробенее]

Устойчивость бортов и осушение карьеров

скольжения и расчет устойчивости откоса

1.7. Из точки О радиусом R проводится дуга СЕ и получается поверхность скольжения ВВ’ЕС .

2. Полученная призма возможного обрушения ВВ’ЕСАВ разбивается на ряд полос равной ширины м.

Получается 10 полос.

3. Высота полос, определяемая по их серединам, принимается за вес полос ( ) и раскладывается на нормальные ( ) и касательные ( ) относительно поверхности скольжения составляющие.

4. Все отрезки нормальных и касательных составляющих измеряются в миллиметрах, суммируются, и суммы умножаются на масштаб векторов и , который определяется по формуле

Читать еще:  Таблица наибольшая крутизна откосов

Для расчета удобнее воспользоваться таблицей 1.

5. Определяется длина L поверхности скольжения ВВ’ЕС

Длина дуги вычисляется как длина дуги окружности радиусом R .

Таблица 1 – Расчет нормальных и касательных сил

6. Составляется отношение

где – коэффициент внутреннего трения по расчетной

7. Оценивается состояние устойчивости откоса при принятых параметрах откоса и физико-механических свойствах пород.

Возможны три состояния:

– откос находится в предельном состоянии, при

котором начинается развитие деформаций;

>1– устойчивое состояние откоса;

Оценить устойчивость откоса по круглоцилиндрической поверхности скольжения при следующих условиях: угол откоса борта ; высота борта м; число полос разбиения ; сцепление пород по поверхности скольжения т/м 2 ; объемный вес пород т/м 3 ; знаменатель масштаба, в котором строится чертеж ; угол внутреннего трения по расчетной поверхности скольжения .

Практическое занятие № 3

Расчет угла откоса методом многоугольника сил

Цель занятия: Познакомиться с методом расчета устойчивости откосов на основе векторного сложения сил, действующих в откосе, научиться выполнять поверочные расчеты с заданным коэффициентом запаса устойчивости и строить многоугольники сил для конкретных горно-геологических условий карьеров.

Работа рассчитана на 4 часа.

В тех случаях, когда в массиве пород, слагающих откос, имеется ряд поверхностей ослабления, по которым сопротивление сдвигу значительно меньше, чем по другим направлениям, поверхность скольжения может частично или полностью проходить по этим поверхностям ослабления. Если поверхности ослабления пересекаются между собой в пределах призмы возможного обрушения, то поверхность скольжения в плоской задаче имеет вид ломаной линии.

В этом случае расчет устойчивости откоса или его угла производится по условию предельного равновесия методом многоугольника сил (методом векторного сложения сил) , который строится для каждого блока породы с учетом реакций со стороны смежных блоков. Данный метод является наиболее универсальным и в то же время математически обоснованным для оценки устойчивости бортов и откосов в реальных горно-геологических условиях, что обусловливает его широкое применение как в отечественной, так и в зарубежной практике.

Метод многоугольника сил позволяет производить расчеты устойчивости откосов как в однородных, так и в слоистых трещиноватых породах при любой форме поверхности скольжения. Таким образом, возможности использования этого метода для целей расчета устойчивости откосов практически не ограничены.

В методе многоугольника сил в расчет принимаются следующие силы (рисунок 7):

, – реакции со стороны верхнего и нижнего смежных блоков, являющиеся равнодействующими сил трения и сцепления, действующих по боковым поверхностям блоков;

– вес рассматриваемого блока;

– силы сцепления, возникающие в основании блока, направленные параллельно основанию;

– реакция со стороны основания блока, являющаяся равнодействующей сил трения и нормальной составляющей веса блока.

Рисунок 7 – Расчет устойчивости откоса методом многоугольника сил: а ) схема действия сил в откосе; б ) построение многоугольника сил

При расчете методом многоугольника сил точность расчета зависит от расположения границ между смежными блоками и от направления реакций между ними. Чаще всего границы между блоками принимаются вертикальными, а реакции между ними – горизонтальными; в этом случае погрешности расчета методом многоугольника сил оказываются значительными. При согласном наклонном залегании поверхностей ослабления, выходящих в нижней точке откоса, погрешность достигает 10 %.

Высокая точность расчетов, достигающая точности графических построений (порядка 1–2 %), получается при расположении границ между блоками подобно тому, как располагается второе семейство поверхностей скольжения при расчете методом предельного напряженного состояния. Направление реакций между блоками отклоняется от нормали к этим поверхностям на угол , равный углу сдвига

где – средняя интенсивность нормального напряжения по смежным граням.

При правильной ориентировке площадок, разграничивающих смежные блоки, и реакций между ними точность метода многоугольника сил не отличается от точности метода предельного напряженного состояния.

Если призма возможного обрушения пересекается поверхностью ослабления, то в большинстве случаев эту поверхность необходимо принимать за границу между смежными блоками.

Для откоса, находящегося в устойчивом состоянии с заданным коэффициентом запаса, многоугольник сил, построенный по наиболее напряженной поверхности скольжения для всей призмы возможного обрушения, должен замыкаться. Это означает, что его устойчивость обеспечивается с коэффициентом запаса, близким к введенному в прочностные характеристики пород.

Если при расчете устойчивости многоугольник сил не замыкается, то есть существует невязка сил , то устойчивость откоса не соответствует принятому коэффициенту запаса. Для определения коэффициента запаса устойчивости откоса в этом случае необходимо повторить расчет по наиболее напряженной поверхности скольжения при других значениях коэффициентов запаса, введенных в прочностные характеристики. Это позволит построить график зависимости невязки от коэффициентов запаса (рисунок 8) и получить искомый коэффициент запаса.

Рисунок 8 – График зависимости

Выполнить поверочный расчет стабилизированного состояния северо-восточного борта карьера «Гранатовый» Ирбинского месторождения с целью определения (подтверждения) коэффициента запаса устойчивости для окончательного положения борта, сформировавшегося под влиянием поверхностных деформаций.

Высота борта м; угол откоса борта .

Породный массив представлен скарнами пироксен-гранатового состава, гранодиоритами, сиенитами. Северо-восточная зона карьера рассечена дайками диабаза и сиенит порфира, внедренными в пологопадающие ( ) разрывные нарушения.

Средневзвешенные прочностные характеристики:

объемный вес пород т/м 3 ;

угол внутреннего трения пород ;

сцепление пород в массиве т/м 2 ;

прочностные показатели по поверхностям ослабления ; т/м 2 .

1. Определяются прочностные характеристики с учетом коэффициента запаса устойчивости :

1.1. Угол внутреннего трения пород

1.2. Сцепление пород в массиве

1.3. Угол внутреннего трения по поверхностям ослабления

1.4. Сцепление по поверхностям ослабления

2. Выполняется построение поверхностей скольжения.

В данных горно-геологических условиях в предельном состоянии формируется поверхность скольжения, которая в нижней части массива совпадает с наиболее слабым контактом слоев (поверхностью ослабления), а в верхней части имеет форму монотонной криволинейной поверхности, близкой к круглоцилиндрической (рисунок 9).

Порядок построения расчетной поверхности скольжения:

2.1. В выбранном масштабе (рекомендуется масштаб 1:2000) строится профиль борта карьера высотой м и углом откоса борта .

2.2. От верхней бровки откоса откладывается берма м и получается точка А .

2.3. Из точки А откладывается отрезок АВ , соответствующей вертикальной площадке отрыва

2.4. Из точки В под углом к горизонту проводится линия ВМ .

Угол определяет положение монотонной криволинейной поверхности в её нижней части и определяется зависимостью

Угол , определяющий положение поверхности скольжения в нижней части призмы обрушения, равен углу наклона пологопадающего разрывного нарушения и принимается равным 3°.

2.5. Из нижней бровки откоса (точка О ) проводится линия О N , параллельная пологопадающему нарушению ( ).

Рисунок 9 – Расчет устойчивости борта карьера методом многоугольника сил:

а ) схема поверхностей скольжения и действующих сил; б ) многоугольники сил

Линии ВМ и О N пересекаются в точке С , где выполняется условие специального предельного равновесия и поверхность скольжения претерпевает излом под углом .

2.6. Точки С и В соединяются плавной линией, по форме близкой к окружности и образующей углы, равные с плоскостью нарушения в точке С и с вертикальной площадкой отрыва в точке В .

Таким образом определяется поверхность скольжения первого семейства.

2.7. Из точки С под углом к горизонту проводится линия CD , которая в месте выхода на поверхность откоса переходит в вертикальную площадку DE .

2.8. Точки С и D соединяются плавной кривой, составляющей в точке С угол с криволинейной частью поверхности скольжения первого семейства:

Таким образом определяется линия скольжения второго семейства.

3. Определяются силы, действующие по разделяющим смежные блоки поверхностям.

3.1. Призма возможного обрушения плоскостями скольжения делится на два блока с весами и .

Вес блока определяется по формуле ,

где – объем блока, м 3 .

Так как при расчете ширина призмы, примыкающей к откосу и ограниченной наиболее напряженной поверхностью, принимается равной 1 м, то объем может определяться как площадь геометрической фигуры призмы на разрезе.

При необходимости более точного расчета весов Р площадь блока в плоскости разреза может быть определена с помощью планиметра.

3.2. В основании каждого блока строится реакция , относимая к середине поверхности скольжения блоков и отклоняющаяся от нормали к этим поверхностям на угол внутреннего трения: , , .

3.3. Определяется направление и величина сил сцепления, действующих параллельно основанию блоков: , , .

Для расчета перечисленных параметров целесообразно воспользоваться таблицей 2.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector