Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ изученности вопросов отработки законтурных запасов полезных ископаемых при разработке рудных месторождений 10
1.1 Законтурные запасы полезных ископаемых 10
1.2 Опыт отработки крутых залежей крупных рудных месторождений 14
1.3 Обзор применяемых технологий отработки законтурных запасов пологих, наклонных и крутопадающих пластовых рудных залежей 20
1.4 Обзор литературных источников по отработке законтурных рудных залежей сложноструктурных месторождений 24
1.5 Цели, задачи исследований и методы их проведения 30
Выводы 32
2. Исследование формирования законтурных запасов полезных ископаемых месторождения «Т» 34
2.1 Предпосылки оставления части запасов полезных ископаемых за проектным контуром карьера 34
2.2 Анализ влияния геологического строения месторождения «Т» на законтурные запасы 38
2.3 Анализ влияния проектных решений и технологии горных работ на законтурные запасы 45
2.4 Оценка законтурных запасов полезных ископаемых карьера «Т» 49
Выводы 58
3. Исследование влияния подработки бортов и уступов карьера на безопасное ведение горных работ 60
3.1 Анализ зафиксированных опасных деформаций бортов и уступов карьера и причины их возникновения 62
3.2 Оценка методики контроля состояния откосов уступов и бортов карьера 72
3.3 Противодеформационные мероприятия, осуществляемые на карьере и их эффективность 83
3.4 Уточнение физико-механических характеристик пород на основе паспортизации деформаций и проведения обратных расчетов 93
В ы во д ы 101
4. Разработка и обоснование безопасных и экономичных способов отработки законтурных рудных тел 104
4.1 Выделение способов доработки законтурных запасов карьера «Т» 104
4.2. Технология открытых горных работ без нарушения карьерного пространства 107
4.2.1 Выемка руды из берм безопасности с использованием карьерного оборудования 108
4.2.2 Отработка рудных залежей, залегающих в капитальных траншеях карьера 119
4.2.3 Разработка полезных ископаемых, находящихся в технологических целиках 121
4.2.4 Выемка рудных залежей, прилегающих к дну карьера 123
4.2.5 Исследование устойчивых параметров уступов при отработке рудных залежей из берм безопасности и транспортных берм карьера 128
4.2.6 Рекомендации по применению технологии открытых горных работ без нарушения карьерного пространства 132
4.3 Технология открытых горных работ с изменением карьерного пространства 135
4.3.1 Исследование условий применения выемки рудных тел локальной, вогнутой формой врезки в прямолинейный борт 137
4.4 Технология подземных горных работ из карьера 145
4.4.1 Нисходящая система горизонтальных слоев из карьера 147
4.4.2 Исследование послойной отработки рудных залежей системой горизонтальных слоев из карьера с последующим заполнением выработанного пространства твердеющими смесями 153
4.4.3 Вскрытие удаленных рудных залежей штольнями с последующей их отработкой системой горизонтальных слоев с закладкой 158
4,4,4 Вскрытие пластообразных рудных залежей штольнями из карьера с отработкой полезного ископаемого наклонными слоями по восстанию 160
4.4.5 Комбинированные способы отработки 164
Выводы 165
5. Результаты внедрения рекомендаций по безопасным способам и условиям их применения при разработке законтурных запасов полезных ископаемых 167
5.1 Результаты применения способов отработки законтурных рудных тел карьера «Т» 167
5.2 Краткая горно-геологическая характеристика месторождения «К-К,
результаты отработки законтурной рудной залежи карьера «К-К» 174
5.3 Отработка законтурных запасов Уртуйского буроугольного разреза
5.3.1 Краткая горно-геологическая и технологическая характеристика Уртуйского буроугольного разреза 177
5.3.2 Использование технологии открытых горных работ при отработке законтурных запасов угля 180
Заключение 183
Библиографический список
- Обзор применяемых технологий отработки законтурных запасов пологих, наклонных и крутопадающих пластовых рудных залежей
- Анализ влияния проектных решений и технологии горных работ на законтурные запасы
- Оценка методики контроля состояния откосов уступов и бортов карьера
- Выемка руды из берм безопасности с использованием карьерного оборудования
Введение к работе
В процессе разработки месторождений полезных ископаемых часть запасов, как правило, остается за проектными контурами горных работ в силу горно-геологических, технологических и экономических причин.
Неполная выемка рудных залежей также характерна для месторождений, отрабатываемых открытым способом. В результате за контуром горных работ сосредотачивается весомая доля балансовых запасов полезных ископаемых. На предприятиях с мощными рудными образованиями и выдержанными условиями их залегания доработка оставленных запасов за проектным контуром карьера осуществляется с использованием известных систем подземного способа разработки.
На сложноструктурных месторождениях, законтурные рудные тела которых не выдержаны по форме и размерам, расположены за проектной границей карьера с рассредоточением по высотным отметкам и разном удалении от нее в плане и образуют самостоятельные области со значительными запасами руды (до 20 % от балансовых запасов месторождения), применение традиционных способов отработки затруднено. В то же время опыт выемки запасов за контуром карьера сложных рудных месторождений в литературных источниках отражен недостаточно, а предлагаемые в них решения носят рекомендательный характер, реализация которых возможна после специальных исследований и только для определенных условий.
Поэтому обоснование способов отработки и условий их безопасного применения при выемке законтурных запасов, залегающих выше дна карьера в сложноструктурных месторождениях полезных ископаемых, является актуальной научной задачей.
Цель диссертационной работы - разработка безопасных и экономичных способов отработки законтурных рудных тел сложноструктурных месторождений, залегающих выше дна карьера, и обеспечивающих рациональное использование недр.
Основная идея работы заключается в выемке законтурных запасов из карьерного пространства открытыми и подземными выработками формой и размерами, определяемых технологическими и геомеханическими условиями.
Задачи исследования:
выполнить анализ применяемых технологий разработки законтурных рудных тел на различных месторождениях отечественных и зарубежных горных предприятий;
установить предпосылки оставления части запасов полезного ископаемого за контуром карьера на основе анализа горно-геологических условий месторождения «Т»;
исследовать влияние подработки бортов и уступов карьера на управление их устойчивостью для безопасного ведения горных работ;
разработать методику уточнения физико-механических свойств пород по паспортам деформаций бортов карьера;
обосновать способы и условия безопасной и эффективной выемки законтурных рудных тел.
Предмет исследований - сложноструктурное месторождение «Т» предприятия ОАО «ППГХО» в Забайкалье.
Методы исследований: анализ и обобщение литературных источников; метод аналогий; лабораторные и натурные испытания прочностных свойств вмещающего и искусственного массивов; производственные эксперименты; математическое моделирование; маркшейдерские инструментальные наблюдения; обработка результатов исследования на ЭВМ с использованием специализированных программ; технико-экономический анализ.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована инструментальными маркшейдерскими наблюдениями и производственными экспериментами; сходимостью результатов теоретических и натурных исследований; положительной апробацией разработанных технических решений и внедрением их в производство.
Научная новизна работы заключается: в выявлении основных факторов, влияющих на формирование законтурных запасов полезного ископаемого действующего карьера; в установлении взаимосвязи между предельно допустимой деформацией и высотой уступа; в комплексном подходе к исследованию способов выемки рудных тел, учитывающему геомеханические условия и технологические особенности ведения горных работ; в разработке методик определения параметров устойчивых бортов и уступов карьера при выемке (с закладкой) законтурных залежей в границах потенциальной призмы обрушения; в обосновании условий безопасного применения предложенных способов выемки.
Практическая ценность работы заключается:
в выполнении количественной оценки законтурных запасов и параметров рудных тел в условиях сложноструктурного месторождения «Т»;
в определении значений критических оседаний рабочих площадок уступов для различных видов пород;
в разработке метода определения предельно допустимых размеров открытых и подземных выработок в бортах карьера;
в создании способов выемки законтурных рудных тел в зависимости от пространственного расположения последних и проектного контура карьера;
в разработке способа отработки локальных рудных залежей за контуром карьера путем формирования вогнутой формы врезки в прямолинейный борт без нарушения первоначального запаса его устойчивости (А.с. 1712605);
в обосновании методов маркшейдерского и геофизического контроля состояния подрабатываемых участков бортов и уступов, обеспечивающих безопасные условия труда и прогнозирование устойчивости при различных технологических схемах производства горных работ;
в способах дифференцирования результатов инструментальных наблюдений за состоянием откосов в зависимости от типа прогнозируемой приоритетной деформации (нивелирование, измерение длин, геодезические засечки, тахеометрические съемки электронными тахеометрами, спутниковые технологии GPS/ГЛОНАСС, геофизические методы).
Рекомендации по применению способов выемки законтурных запасов месторождения, могут быть использованы на аналогичных карьерах (например, в горной промышленности цветной металлургии), борта которых сложены трещиноватыми породами, близкими по физико-механическим свойствам к породам с хрупким разрушением.
Реализация результатов работы. Рекомендации диссертационной работы нашли практическое применение при отработке законтурных запасов рудных тел карьеров «Т» и «К-К» с общим экономическим эффектом 639751 руб.(в ценах 1991 г.), разреза «У» - 12533640 руб. (в ценах 2000 г.), а также используются в учебном процессе при подготовке специалистов горного профиля в Ир-ГТУ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ежегодных комиссиях по горным ударам предприятия ОАО «ППГХО», на региональной конференции Читинского государственного технического университета (г. Чита, 2000 г.), на научных конференциях Иркутского государственного технического университета (г. Иркутск, 2002, 2003, 2004, 2005 г.).
Личный вклад автора диссертации заключается: в отборе, анализе и обобщении литературных источников по отработке законтурных запасов месторождений полезных ископаемых; в выявлении причин неполной выемки балансовых запасов, состоящих на учете горного предприятия; в проведении лабораторных и натурных испытаний по определению физико-механических свойств горных пород; в разработке методики и выполнении инструментальных наблюдений за устойчивостью подрабатываемых участков бортов; в обосновании способов выемки законтурных рудных тел и в участии во внедрении разработок в производство.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 12 работах.
Основу настоящей работы составляют результаты практической деятельности автора в процессе внедрения открыто-подземного способа разработки на месторождении «Т» предприятия ОАО «ППГХО». Автор осуществлял также закладку реперов, инструментальные маркшейдерские наблюдения за устойчи-
9 востью бортов, контроль за искусственным укреплением нерабочих уступов и соблюдением технологии отработки законтурных запасов и закладочных работ. Участие в научно-исследовательских работах, проводимых лабораторией устойчивости бортов карьеров ВНИМИ, филиалом ВНИПИпромтехнологии и горной лабораторией предприятия, послужило отправным пунктом для выбора представляемой на рассмотрение темы диссертации.
Автор выражает глубокую благодарность действительному члену АГН, д.т.н. Э.Л. Галустьяну за ценную методическую помощь в работе и личный творческий пример. Большую признательность за полезные научные и методические консультации автор выражает научному руководителю, профессору, д.т.н. В.П. Федорко, а также зав. кафедрой маркшейдерского дела профессору, к.г.- м.н. А.В. Загибалову, к.т.н. Ю.М. Беличенко, доц., к.г.- м.н. Л.П. Власьев-скому, доц., к.т.н. И.Б. Шмонину, доц., к.т.н. А.Б. Шмонину, доц., к.т.н. В.И. Снеткову за ценные советы.
Обзор применяемых технологий отработки законтурных запасов пологих, наклонных и крутопадающих пластовых рудных залежей
В условиях Гороблагодатского месторождения [42], представленного рудными телами наклонного (крутонаклонного по [106]) падения 40-45 и большой мощности, осуществляется добыча запасов за контурами карьера камерной системой с закладкой воронок обрушения породами вскрыши (рисунок 1.6).
На Ново-Бакальском карьере в восточном борту доработка законтурных запасов Северо-Шиханской залежи, осуществлялась также подземным способом с обрушением борта карьера. Намечена доработка подкарьерных запасов шахтой «Молодежная» нисходящей слоевой системой с закладкой выработан ного пространства твердеющими смесями вследствие сложных горнотехнических условий.
Для ряда месторождений В.А. Щелканов [143, 144] предложил несколько способов разработки крутонаклонных рудных тел, залегающих в бортах и под дном карьера. Способы заключаются в выделении за контуром карьера столбообразных участков (камер), отработка которых осуществляется из подземных работ в определенной последовательности: столб (камера) - целик (очистные блоки второй очереди). Выработанное пространство закладывается породами вскрыши (рисунок 1.7) или погашается с помощью принудительного обрушения.
В зависимости от горно-геологических условий применяют следующие технологии подземной разработки: этажно-камерную (с последующей закладкой пустот отходами обогащения); этажное обрушение; этажное обрушение с открыто-подземным ярусом; этажное обрушение с экскаваторной погрузкой.
Известны способы разработки полезных ископаемых в приконтурных зонах карьера [5, 6] с использованием карьерного пространства для проходки вскрышных, подготовительных и очистных выработок. На рисунке 1.8 показана схема вскрытия и подготовки подземного участка по отработке законтурных запасов горизонтальных пластов. Способ, позволяющий осуществлять отработку крутонаклонных залежей за счет перехода на подземную технологию, представлен на рисунке 1.9.
Выемка полезного ископаемого под бортами карьера [10] открытым способом осуществляется отдельными блоками с оставлением целиков из вскрышных пород и руды со стороны выработанного пространства. Затем целики дорабатываются и вскрышные породы используются для пригрузки подработанного борта.
Итак, залегающие в бортах карьеров пластообразные рудные залежи пологого падения отрабатываются открытыми работами с оставлением временных предохранительных целиков. Крутонаклонные рудные тела (30 - 56 падения) разрабатываются камерными, этажно-камерными системами с закладкой выработанного пространства и системами этажного обрушения. Во всех способах отработки используются вскрышные породы карьеров для погашения образовавшихся пустот и пригрузки нижних откосов подработанных бортов.
Сложноструктурные месторождения характеризуются большой изменчивостью формы и размеров рудных тел, а также их разобщенностью, обусловливающих оставление за предельными контурами запасов кондиционных руд не только под дном карьера, но и выше его дна. Высокая ценность руд (например, полиметаллических месторождений) и необходимость полного использования недр предъявляет особые требования к способам извлечения законтурных запасов полезного ископаемого, в том числе и в охранных целиках карьеров, описание которых приведено в работе [132].
Способ разработки полезного ископаемого [11] с помощью слоевой выемки рудных тел с последующей закладкой выработанного пространства представлен на рисунке 1.10.
Заходки для слоевой выемки рудного тела проходятся с бермы уступа. После отработки нижнего слоя и закладки выработанного пространства, на берме уступа возводится насыпь из вскрышных пород на высоту отработанного слоя. Затем цикл отработки повторяется до полного извлечения законтурных запасов. Применение этого способа требует наличие широкой (не менее 25 м) рабочей площадки на берме карьера для размещения технологического оборудования, складирования горнорудной массы, передвижения автотранспорта. Безопасную величину потолочины следует рассчитывать для предотвращения ее обрушения.
С целью сокращения потерь руды во внешней приконтурной зоне карьера предложен способ отработки законтурных запасов руды [7] с сохранением предельного контура карьера (рисунок 1.11).
Анализ влияния проектных решений и технологии горных работ на законтурные запасы
Проектными решениями по развитию рудника [65] предусмотрена этапная разработка месторождения «Т»: вначале производятся открытые горные работы, затем оставшиеся запасы руды дорабатываются подземными работами.
Разработка месторождения открытым способом запроектирована с развитием в две очереди. Основные технические параметры карьеров 1-ой и 2-ой очередей приведены в таблице 2.2.
Подготовка карьерного поля 1-ой очереди осуществлена с минимальными затратами из-за благоприятных условий залегания месторождения «Т»: отсутствием экологически охраняемых объектов в виде рек, водоемов и лесного мае сива. Для защиты карьера от ливневых вод, проведены две нагорные канавы по его северному и южному бортам.
Вскрытие верхних горизонтов месторождения осуществлено полутраншеями шириной по дну 25-30 м.
Вскрытие глубоких горизонтов карьера 1-ой очереди выполнено общими внутренними траншеями, пройденными в южном секторе карьера (рисунок 2.2).
При подходе горных работ к предельному контуру карьера на глубине 50-70 м начали происходить нарушения устойчивости уступов его северного борта. По рекомендациям института ВНИМИ [66], в проекте 2-ой очереди углы наклона уступов погашения были пересмотрены в сторону уменьшения на 10-15.
Из-за наличия интенсивной тектонической нарушенности участков пород, слагающих месторождение, продолжали происходить локальные деформации уступов северного борта. В связи с этим на карьере начали применять противоде-формационные мероприятия: проведение нагорных канав; перепуск атмосферных осадков с вышележащих горизонтов на нижележащие; искусственное укрепление откосов уступов; оставлении дополнительных берм безопасности в качестве подпора обрушений.
Вскрытие карьера 2-ой очереди осуществлено западной и юго-западной внешними траншеями, переходящими в общие внутренние траншеи. При развитии глубоких горизонтов западная траншея была ликвидирована из-за локальных обрушений на северном борту карьера.
Горные работы ведутся по транспортной системе, с вывозкой породы во внешние многоярусные отвалы. Предельная высота формирования одного породного яруса не превышает 30-ти м при коэффициенте запаса устойчивости п = 1,21. Расчетная ширина призмы возможного обрушения на уровне ЗО м равна 4,0 м.
Рудная масса проходит качественный контроль в забое экскаватора и в автосамосвалах, направляемых через рудосортировочную контрольную станцию (РКС). Руды с промышленным содержанием полезного компонента вывозятся на шихтовочныи склад горно-металлургического завода, некондиционные - размещаются в забалансовых отвалах.
Подготовка горных пород к выемке осуществляется с применением буровзрывных работ. Для бурения скважин применяются станки шарошечного бурения СБШ-250, СБШ-250 МН с долотами диаметром 190-243 мм. Величина перебура скважин для лучшей проработки нижней площадки уступа составляет 15-20 % от высоты уступа.
Основной принцип ведения буро-взрывных работ на добычных уступах заключается в сохранении геологической структуры рудных тел при взрывании их высотой 10 м для последующей экскавации подуступами высотой 5 м. Удельный расход ВВ - 0,3 - 0,5 кг/м3.
Применяется многорядный короткозамедленный способ взрывания сква-жинных зарядов с использованием пиротехнических реле. Отгрузка горной массы осуществляется экскаваторами типа ЭКГ-4,6 (ЭКГ-5А). Перемещение горной массы из карьера производится автосамосвалами БелАЗ-540 (БелАЗ-7522).
Горные работы осложнены необходимостью производства укрепительных работ на ослабленных участках. Действенным способом обеспечения устойчивости борта карьера является сохранение его поверхности и прилегающего массива при ведении взрывных работ в прибортовой зоне карьера. Для снижения сейсмического воздействия взрывных работ на законтурный массив были выполнены опытные работы по выбору способов его защиты, результаты которых приведены в главе 4.
Оформление откосов уступов в предельное положение осуществляется экскаваторными заходками 5-ти метровой высоты для лучшей их проработки.
При этом создается защитный буфер из разрыхленных пород с помощью опережающего бурения и взрывания приконтурной полосы за 35-40 м до подхода горных работ к нерабочему борту карьера.
Продолжая тему формирования законтурных запасов по причине влияния проектных решений на их оставление за границей карьера «Т», необходимо отметить следующее.
Оценка методики контроля состояния откосов уступов и бортов карьера
Конструкция реперов профильных линий выполнена в соответствии с «Методическими указаниями...» [84]. Реперы, расположенные ближе к борту карьера, заложены с интервалом через 10 м, остальные - через 20-30 м. Характеристики профильных линий приведены в таблице 3.3. Расположение наблюдательных станций показано на рисунке 3.5.
Систематические инструментальные наблюдения на станциях выполнялись с 1973 г по методике, разработанной ВНИМИ [64], и заключались: а) в привязке опорных и рабочих реперов к маркшейдерскому опорному обоснованию; б) начальных наблюдениях исходного положения реперов в горизонталь ной и вертикальной плоскостях; в) систематических геодезических измерениях расстояний между репера ми и определениях превышений; г) периодических съемках трещин, нарушенных участков карьера, дефор маций.
Привязка опорных реперов наблюдательных станций в плане осуществлялась посредством проложения замкнутых теодолитных ходов от ближайших пунктов опорной маркшейдерской геодезической сети. Измерение углов производилось теодолитом типа Т-10 (Т-5), измерение длин - компарированной рулет кой. Высотная привязка опорных реперов осуществлялась нивелированием IV класса.
Начальные наблюдения на профильных линиях включали две независимые серии: а) нивелирование рабочих реперов по методике IV класса; б) измерение длин между рабочими реперами; в) съемку имеющихся на участке нарушений устойчивости (трещин, осы пей и т.п.).
Обработка результатов наблюдений нивелирования заключалось в определении отметок всех реперов и величин оседаний для каждой серии наблюдений. Расстояния от опорного репера до рабочего определялись как суммы гори зонтальных интервалов, измеренных между реперами в каждом наблюдении пятидесятиметровой рулеткой. Во все измеренные интервалы вводились поправки: за наклон, температуру и компарирование. Результаты аналитической обработки заносились в специальные журналы.
После обработки результатов наблюдений определялись необходимые данные для составления ведомостей, имеющих, прежде всего, практические цели: - горизонтальные смещения реперов (Є), мм, и скорости их смещений (Vr), мм/сутки; - вертикальные смещения реперов (Г)), мм, и скорости их смещений (VB), мм/сутки; - полные векторы смещения, мм; - горизонтальные деформации, мм/м.
Поскольку верхняя часть ствола 4р расположена в пределах призмы возможного обрушения, для регулярного контроля за его деформациями была создана наблюдательная станция внутри шахтного ствола на участке между его устьем (+ 750 м) и отметкой + 540 м. В качестве наблюдательных реперов служили 25 накерненных точек на расстрелах.
Из устья ствола опускался отвес до постоянно закрепленного блока и фиксировался на нем. Замеры расстояний от отвеса до реперов давали возможность судить об устойчивости ствола. В дальнейшем, наблюдение за деформациями ствола совмещались с профилировками его проводников.
Для получения данных, характеризующих процесс сдвижения деформированных пород и прилегающих участков, а также для своевременного принятия мер по безопасному ведению горных работ, в районах нарушенных уступов дополнительно были заложены наблюдательные станции. В качестве рабочих реперов использовались либо рельсы свайного укрепления, либо металлические штыри, забитые в грунт на глубину 30-50 см. Опорные реперы выносились за зону влияния обрушений. Характеристики наблюдательных станций на северном борту карьера приведены в таблице 3.4.
Известно [46], что многократно повторяющиеся температурные перепады в течение суток снижают прочность пород. Для выяснения степени влияния климатических условий на устойчивость откосов карьера «Т» при участии автора были проведены натурные наблюдения в календарный период с февраля по июнь. Три различных участка борта, выбранные для наблюдения, тщательно осматривались и документировались. Объектом наблюдения являлись тектонические трещины и трещины отдельности, разбивающие породу на призматические столбы и плиты. В процессе наблюдений описывались изменения, происходящие с трещинами и глинкой трения под действием температурных колебаний воздуха. Изменения фиксировались утром один раз в три дня, температура определялась по спиртовому термометру.
Произведенные наблюдения позволили выяснить изменения, происходящие в условиях суточного перепада температуры воздуха. Наиболее ослабленными породы становятся при изменениях температуры от - 2 до + 3 С с максимальным раскрытием трещин до 10-12 мм.
Выемка руды из берм безопасности с использованием карьерного оборудования
Как было отмечено выше, обрушения уступов и бортов карьера происходят вследствие различных причин, одной из которых является недостоверность заложенных в расчеты устойчивости прочностных (физико-механических) характеристик слагающих борта пород на стадии проектирования. Это связано с использованием данных детальной разведки, которые в большинстве случаев бывают непредставительными из-за исследований в лабораторных условиях небольших образцов, а также методов аналогий, интерполяции и приближенных оценок. При эксплуатации месторождения физико-механические свойства пород уточняются более достоверными исследованиями в натурных условиях.
Одним из эффективных способов уточнения прочностных характеристик пород и, как следствие, прогноза деформаций является паспортизация имевших место обрушений. В паспорте фиксируются параметры откоса до и после об 94 рушения, границы зоны деформирования, форма и площадь поверхности скольжения, время стояния уступа до обрушения, объем обрушившихся пород [64,84]. По этим данным определяются границы призмы обрушения и её параметры, а путем обратных расчетов получают характеристики сопротивления пород или контактной зоны сдвигу [33, 36, 129].
В зависимости от степени развития горных работ, приконтурный массив имеет различные физико-механические характеристики: 1) природные - до проведения горной выработки; 2) экспериментальные (расчетные) - полученные в результате лабораторных и натурных испытаний; 3) фактические первичные - вычисленные обратными расчетами по обрушениям, происшедшим непосредственно после оформления уступа; 4) фактические вторичные - установленные обратными расчетами по деформированным уступам с различными сроками стояния до обрушений.
Характеристики пород, получаемых экспериментально, могут отличаться от действительных на 30 - 50 % и более. Ближе к достоверному результат достигается обратным расчетом в тех случаях, когда деформация произошла в массиве, находящимся в предельном состоянии с коэффициентом устойчивости т = 1. Обратными расчетами обычно определяются величина сцепления по значению угла внутреннего трения, полученному при испытаниях образцов в лабораторных условиях. Если сцепление отсутствует, то условие предельного равновесия уступа можно описать уравнением простейшего вида: tgq =tgp, (3.8) где ф , р - соответственно углы внутреннего трения в контактной зоне и падения поверхности скольжения (плоские трещины или контакты слоев).
Если при значении р ф откос сохраняет длительную или временную устойчивость после его оформления, в массиве действуют силы сцепления. В одном случае они обеспечивают длительную устойчивость откоса, в другом -временную.
В обратных расчетах должны использоваться параметры призмы первоначального сдвига, вторичные обрушения и оползания во внимание не принимаются. По графическим материалам паспорта обрушения определяется площадь поверхности скольжении S, на которой действовали силы сцепления, и масса Q призмы обрушения. При наличии трещины отрыва измеряется ее глубина. Используя этот параметр можно также рассчитать сцепление в квазиизотропном массиве.
Если задаться величиной угла внутреннего трения, полученного по результатам лабораторных испытаний на сдвиг, обратным расчетом можно получить величину сцепления из условия предельного равновесия. При наличии плоской поверхности ослабления массива это условие имеет вид: n = (Qcosptgcp + C S)/Qsinp = l , (3.9) откуда С = Q / S (sin р - cos р tg ф ). (ЗЛО)
Если параметры призмы обрушения установить не удается, но измерена глубина трещины отрыва, то удельное сцепление С в однородном массиве получают из условия предельного равновесия, описываемого уравнением: T = Gntg(p + C, (3.11) где нормальные напряжения an = у h90 cos2 р , (3.12) касательные напряжения
т = yh.90sinPcosP , (3.13)
Подставив значения напряжений в выражение (3.11) и решив его относительно С, получим С= 1 / cos ф [у h90 cos р sin (р - ф)]. (3.14) где у - плотность пород; h90 - глубина трещины отрыва; ф - угол внутреннего трения изотропных пород.
Если известны геометрические параметры уступа с плоской потенциальной поверхностью скольжения до обрушения, а получить фактические данные не удалось, то рассчитать глубину трещины отрыва можно по формуле: h90 = h(l- Vctgay tgP), (3.15) где ay - угол откоса уступа, а из выражения (3.14) определить удельное сцепление.
Существуют и другие способы косвенного определения глубины трещины отрыва. Например, при известных параметрах ay, h, ф уступа до обрушения по графику плоского откоса [86] определяется условная высота откоса Но, а глубина трещины отрыва находится из отношения h90 = h/Ho , (3.16) а по формуле (3.14) - величина удельного сцепления.
При сложной конфигурации поверхности скольжения обратные расчеты удобнее выполнять графическим методом, с помощью многоугольника сил.
Изложенная методика использована на карьере «Т» [33, 36]. На первой стадии его освоения параметры уступов были завышены и уже при глубине более 50 м на северном борту начали происходить серьезные нарушения устойчивости. Обрушения происходили как во время непосредственной постановки уступов в предельное положение, так и по истечении некоторого времени после оформления уступа на предельном контуре карьера (от месяца до года).
Сопоставление величин углов и высот обрушившихся уступов позволяет сделать вывод об отсутствии закономерных зависимостей между их параметрами. Например, при высоте 10 и 30 м уступы имели почти одинаковые углы откоса (51 - 59). Независимость устойчивости уступа от его параметров свидетельствует об отсутствии сцепления, см. равенство (3.8). Устойчивость уступа обеспечивается в таких случаях только за счет силы трения.
