Содержание к диссертации
Введение
1 Условия устойчивости, мероприятия локализации уступов на карьера 9
1.1 Деформации уступов, условия и причины их возникновения 9
1.2 Определение углов наклона уступов,их элементов и параметров 19
1.3 Опыт проектирования мероприятий по предупреждению деформаций и обеспечению безопасных, .условий работы в карьерах при их возникновении 23
2 Исследования механизма деформирования уступов 29
2.1 Классификация деформаций уступов 29
2.2 Механизм осыпания откосов уступов 32
2.3 Механизм обрушения уступов 41
2.3.1 Инженерно-геологические факторы 44
2.3.2 Гидрогеологические и климатические факторы 48
2.3.3 Горнотехнические факторы 53
3 Мероприятия предупреждению деформаций уступов 60
3.1 Мероприятия по предупреждению осыпания уступов 60
3.1.1 Защита массива от вредного воздействия атмосферных и климатических агентов 60
3.1.2 Выбор рационального профиля откоса уступа 61
3.1.3 Защита массива от разрушающего действия взрывных работ 65
3.2 Мероприятия по предупреждению обрушенийуступов 71
3.2.1 Дренаж прибортового массива 71
3.2.2 Укрепление уступов 74
4 Исследование параметров предохранительных БЕРМ 78
4.1 Способы отстройки предохранительных берм 78
4.1.1 Горизонтальные бермы 78
4.1.2 Наклонные бермы 79
4.1.3 Равноустойчивые съезды 88
4.1.4 Искусственные бермы 91
4.1.5 Разгрузочные бермы 99
4.2 Расчет ширины бермы на стабилизацию обрушений уступов 101
4.3 Расчет ширины бермы на задержание пада ющих камней 106
4.3.1 Анализ методов расчета элементов траектории падающих камней 106
4.3.2 Исследование и выбор расчетных коэффициентов 112
4.3.3 Методика расчета ширины бермы, необходимой для задержания камней, падающих с откосов и параметров камнезащитных сооружений 118
5 Разработка и внщрение мероприятия по првдупрещщию 6 деформаций и безопасному вщению горных работ при их возникновении 125
5.1 Анализ и разработка мероприятий, обеспечивающих безопасную работу в карьере при возникновении деформаций уступов 125
5.ІД Покрытие откосов уступов сеткой 125
5.1.2 Сигнализация об обрушении и о падении камней 129
5.1.3 Мероприятия по задержанию камней на берме 132
5.1.4 Очистка берм от осыпи 134
5.2 Разработка и внедрение мероприятия по преду преждению деформаций и безопасному ведению горных работ при их возникновении 134
5.2.1 Кургашинканский карьер Алмалыкского ГМК 134
5.2.2 Учалинский карьер Учалинского ГОКа 139
5.2.3 Карьеры Гайского ГОКа 141
5.2.4 Маднеульский карьер Маднеульского ГОКа 146
5.2.5 Коунрадский карьер Балхашского ГМК 147
6 Методика опнэдмения оптимальных параметров уступов, сложенных скальными и полускальными породами 153
6.1 Выбор параметров откосов уступов на стадии проектирования 153
6.2 Определение параметров уступов при эксплуатации карьеров 155
6.3 Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов на карьерах и созданию безопасных условий работ при возникновении деформаций уступов 159
6.4 Контроль за состоянием устойчивости откосов уступов 162
Заключение 163
Список использованных источников 167
Приложения 180
- Определение углов наклона уступов,их элементов и параметров
- Механизм осыпания откосов уступов
- Мероприятия по предупреждению обрушенийуступов
- Расчет ширины бермы на стабилизацию обрушений уступов
Введение к работе
Уровень развития горнодобывающей промышленности страны является одним из основных показателей ее промышленного потенциала. В решениях ХХУІ съезда КПСС указано, что основными задачами в дальнейшем развитии горнодобывающей промышленности являются интенсификация разработок, повышение производительности труда, снижение себестоимости добычи и создание безопасных условий ведения горных работ. Решение этих задач связано со всемерным расширением применения открытых горных работ как наиболее эффективного способа разработки месторождений, доля которого к настоящему времени в Советском Союзе составляет более 70 % от общего объема добычи полезных ископаемых и продолжает неуклонно расти.
Современному периоду характерны карьеры, разрабатывающие месторождения полезных ископаемых на глубинах 250-300 метров, проектные решения предусматривают увеличение последней до 500-700 м и даже 1000 м. В связи с этим, вопрос длительной устойчивости бортов карьера, основными элементами которых являются высота и угол откоса уступов, а также ширина транспортных и предохранительных берм приобретает особо важное значение при разработке и проектировании карьеров. Поэтому разработка методов определения оптимальных параметров уступов и мероприятий по предупреждению деформаций и обеспечению безопасных условий ведения горных работ при их возникновении является одной из наиболее актуальных задач.
Исследуемый вопрос, как одна из составных частей общей проблемы устойчивости бортов карьеров, приобретает особое значение в связи с действующими "Основами законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах".
Работа выполнена в Уральском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектном институте медной про-
мышленности "Унипромедь" и на кафедре маркшейдерского дела Свердловского ордена Трудового Красного Знамени горного института имени В.В.Вахрушева.
Результаты исследований в виде отдельных положений и рекомендаций вошли в отчеты по выполненным научно-исследовательским работам в институте "Унипромедь".'
Цель работы состоит в установлении закономерностей и зависимостей влияния природных и горнотехнических факторов на устойчивость уступов карьеров, на базе которых оптимизируются конструктивные параметры уступов и разрабатываются мероприятия по предупреждению и локализации деформаций откосов, обеспечивающие безопасную и экономичную отработку месторождений открытым способом.
Идея работы заключается в определении конструктивных параметров уступов и разработке мероприятий по предупреждению и локализации деформаций откосов на основе более полного учета факторов, влияющих на устойчивость уступов.
Методы исследований. В работе используется комплексный метод исследований, включающий: обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта; исследования в лабораторных и производственных условиях; моделирование; математическую статистику; теоретические разработки; технико-экономический анализ и промышленное внедрение.
Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:
зависимости ширины слоя осыпания и ширины предохранительных берм от конструктивных параметров и срока существования уступа, отличающиеся тем, что в них учтены структурные особенности и физические свойства пород, слагающих откосы;
зависимость срока существования уступа до деформации от срока существования отрезной щели, создаваемой при постановке его в предельное положение, что позволяет за счет оперативного управле-
ния фронтом работ по заоткоске уступов сократить количество их обрушений;
взаимосвязь прочностных свойств заполнителя трещин с его влажностью и литологическим составом, позволяющая увеличить точность исходных данных для расчета устойчивости уступов;
закономерности движения камней по откосам уступов, отличающиеся тем, что в них установлена степень влияния воздушной среды, формы и размера камней на элементы траектории их падения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: материалами многолетних наблюдений за состоянием устойчивости уступов; лабораторными и промышленными экспериментами по оценке влияния влажности на прочностные свойства пород и по определению коэффициентов, входящих в формулы для расчета параметров траектории движения камней по откосам уступов; сходимостью расчетной ширины берм, необходимой для стабилизации обрушившихся масс и задержания падающих камней с результатами опытно-промышленной проверки; использованием разработанных методик и рекомендаций в проектах меднорудных карьеров Минцветмета СССР.
Практическая ценность работы:
установлены факторы, оказывающие наиболее существенное влияние на устойчивость уступов, интенсивность осыпания откосов, эффективность отстройки различных конструкций берм и откосов;
разработана методика определения оптимальных конструктивных параметров уступов, отличающаяся тем, что наряду с высотой и углом откоса уступа она позволяет определять ширину предохранительных берм;
полученные закономерности деформирования уступов и методика определения их конструктивных параметров могут быть использованы организациями, занимающимися исследованием и проектированием открытых горных работ;
разработанные мероприятия по повышению безопасности горных работ и обеспечению рентабельной отработки месторождений могут быть использованы горнодобывающими предприятиями с открытым способом разработки.
Реализация работы. Рекомендации по углам погашения откосов и мероприятия по созданию безопасных»условий работ использованы в проектах реконструкции и внедрены на карьерах Гайского, Мадне-ульского и Учалинского ГОКов, Алмалыкского и Балхашского ПК.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на научно-техническом семинаре "Мероприятия по повышению устойчивости бортов карьеров", Свердловск, 1978, на территориальном совещании "Состояние техники безопасности и охраны труда на предприятиях цветной металлургии Урала", Свердловск, 1978, на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов "Новые разработки и методы по повышению эффективности производственных процессов на горно-металлургических предприятиях черной и цветной металлургии" Свердловск, 1978 и "Механика сплошных сред. Часть 3. Механика горных пород, грунтов и сыпучих сред", Пермь, 1980, на отраслевой конференции "Состояние и основные направления совершенствования техники и технологии на открытых горных работах при разработке меднорудных месторождений", Свердловск, 1982, на Всесоюзном научно-техническом совещании "Научно-технические проблемы повышения эффективности работ и совершенствования маркшейдерской службы на горных предприятиях страны", Свердловск, 1984.
Диссертация доложена на научно-техническом Совете института "Унипромедь" и на заседании кафедры маркшейдерского дела Свердловского горного института.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе одно авторское свидетельство на изобретение.
Определение углов наклона уступов,их элементов и параметров
В современной практике проектирования и эксплуатации карьеров высота уступов в предельном контуре составляет в основном 24 м, 30 м, 36 м и принимается кратной высоте рабочих уступов.
Углы откосов уступов карьеров определяются с учетом прочности, трещиноватости и выветриваемости горных пород в откосах, углов наклона бортов, а также внешних нагрузок от оборудования с использованием известной методики /71/. Углы откосов уступов не должны превышать углов падения слоев,- сланцеватости и трещин отдельности, падающих в сторону выемки под углами, превышающими углы трения по этим поверхностям ослабления.
Изучение инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождения, а также определение исходных данных для расчета углов наклона бортов и углов откосов уступов производятся в соответствии со стадиями разведки, строительства и эксплуатации месторождения согласно требованиям нормативных документов /38,40,71, 73/.
На стадии предварительной и детальной разведки месторождений по керну геологоразведочных скважин определяется интенсивность тре-щиноватости пород и отбираются образцы для определения прочностных свойств пород в лабораторных условиях. Интенсивность трещиноватос-ти и отбор образцов для лабораторных испытаний производится по каждой литологической разности пород (в зависимости от их неоднородности) .
Характеристики прочности скальных и полускальных пород опре деляются путем испытаний на,срез и на одноосное сжатие. Эти испытания сопровождаются определением объемного и удельного весов, влажности, пористости и коэффициента стойкости (при многократном увлажнении и высушивании, а также замораживании и оттаивании) /73/.
Определение прочности пород производится на образцах: цилиндрической формы, высота которых должна в два раза превышать диаметр основания; кубической и неправильной (произвольной) формы. Количество испытаний каждой литологической разности пород определяется требованиями "Методического пособия..." /73/.
Для определения сцепления в массиве горных пород с учетом его трещиноватости по результатам лабораторных испытаний пользуются формулой /109/где Км,К - сцепление в массиве и в образце, Па;а - коэффициент, зависящий от прочности пород в образце, степени и характера трещиноватости (принимается по табл.13 /109/); Н - общая высота борта (уступа), м; W - интенсивность трещиноватости пород. , Определение сопротивления сдвигу по плоскостям ослабления производится на парных образцах, зацементированных в бетонные оболочки таким образом, чтобы скольжение происходило по естественному контакту /73/.
Затем по прочностным свойствам и интенсивности трещиноватости пород производится районирование карьерного поля. После чего в расчетные характеристики вводится коэффициент запаса, который для откосов уступов нерабочего борта со сроком службы более пяти лет, согласно /71/, равен 2,0 и по графику плоского откоса /109/ определяется угол откоса уступа.
Третьим параметром уступа является ширина предохранительных берм, которая зависит от высоты уступа, интенсивности выветривания пород и применяемого горного-транспортного оборудования. Ширина предохранительных берм согласно /29,77/ должна составлять не менее, чем 1/3 высоты уступа.
В период строительства и эксплуатации карьера инженерно-геологические условия месторождения уточняются путем изучения деформаций бортов и уступов карьера, условий залегания слоев пород и тектонических нарушений, ориентировки трещиноватости. Кроме того, уточняются прочностные характеристики пород путем проведения натурных испытаний непосредственно в массиве уступов и методом "обратного расчета" по деформациям /109/. После этого, в случае необходимости проводится корректировка углов наклона уступов и районирование карьерного поля с учетом ориентировки трещиноватости.
Для расчета углов наклона уступов, сложенных породами с неблагоприятно ориентированной трещиноватостыо используют методы расчета, предложенные В.Т.Сапожниковым /95/, Ю.И.Туринцевым /102/, Г.Л.Фисенко /109/ и др.исследователями.
В этот же период согласно /71,72/ производится детальное изучение выветриваемости горных пород, на основании которого производится корректировка ширины предохранительных берм. Однако изучение выветриваемости пород приходится проводить либо на рабочих уступах, которые отличаются от уступов, поставленных в предельное положение углом откоса, высотой и сроком службы, либо на уступах, поставленных в предельное положение, когда корректировка ширины предохранительных берм связана с необходимостью реконструкции бортов карьера. Поэтому данный вопрос требует постановки дополнительных исследований.
Основным назначением предохранительных берм является задержание и стабилизация движения осыпей, отдельных камней и обрушений небольшого объема. Главным параметром берм является их ширина, которая согласно /29/ должна составлять не менее 1/3 высоты уступа. Однако эта величина не учитывает трещиноватости, прочностных свойств и интенсивности выветривания пород, слагающих уступы карьера, а также углов откосов уступов.
Особенно мало внимания к настоящему времени уделено расчету предохранительных берм для стабилизации обрушений уступов.О различных подходах к решению этого вопроса в отечественной и зарубежной литературе имеются лишь отрывочные сведения в работах /89,118/. Их авторы предлагают методики расчета ширины предохранительных берм, в которых учитывается кроме высоты уступа, его угол откоса и структура слагающих его пород. Однако и в этих методиках не учитываются прочностные свойства контактов трещин, по которым возможны обрушения, что делает расчеты ширины берм не достаточно достоверными и обоснованными.
Более изученными являются вопросы расчета ширины берм на улавливание падающих камней. Исследование этого вопроса началось сравнительно недавно и ведется главным образом в гидротехническом и транспортном строительстве, а также в горнорудной промышленности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Для обеспечения достаточной надежности расчета ширины берм на задержание падающих камней необходимо определить основные параметры движения камней по откосам уступов на карьерах. К ним относятся: скорость падения камня на берму; длина отскока на берме; высота и длина отдельных скачков; скорость в момент удара камня в заграждение. Вопросами разработки методик расчета параметров 23падающих с откосов, занимались Н.М.Ройнишвили /93/, Б.Д.Половов /83/, Н.А.Кожевников /51/, Р.М.Исхаков /42/, Р.П.Борисов /12/ и другие исследователи. Однако указанные методики имеют ряд существенных недостатков, к основным из которых относятся невозможность определения всех элементов траектории движения камней по откосам, а также то, что они не учитывают вероятностный характер движения камней, а это в свою очередь приводит к завышенным результатам.
Механизм осыпания откосов уступов
Осыпи являются неизбежным и наиболее распространенным видом деформаций откосов. Осыпанию в той или иной степени подвержены все разновидности пород, слагающих прибортовой массив.
Интенсивность процесса осыпания зависит от многих факторов, основными из которых являются /76/; стойкость пород к выветриванию; структурно-тектонические и гидрогеологические особенности горного массива; срок службы, высота и величина угла откоса уступа; способ заоткоски и способ ведения буровзрывных работ при постановке уступов в предельное положение.
Следствием осыпания является выполаживание откосов уступов, сокращение ширины, а в некоторых случаях и полная ликвидация берм. Кроме того, полезная ширина берм уменьшается и от накопления осыпи. Все это приводит к образованию откосов, высота которых становится недопустимой с точки зрения безопасности ведения горных работ и вызывает необходимость очистки и восстановления берм, а это, в свою очередь, приводит к удорожанию горных работ.
Механизм осыпи можно представить в следующем виде. Под воздействием атмосферных (колебания температур, влажность и т.п.) и горно-технических (сейсмическое воздействие буро-взрывных работ) факторов породы, слагающие откосы уступов, получают дополнительные макро- и микротрещины. Вода, заполняющая эти трещины, при замерзании увеличивается в объеме до 9 % и развивает давление настенки трещин до 9 10 Па, которое практически не может выдержать ни одна горная порода /88/. Непосредственное влияние на породы оказывают также агрессивные рудничные воды и газы, В результате комплексного протекания процессов отдельные куски породы теряют связь с массивом и скатываются к подошве откоса.
В уступах, сложенных скальными породами, осыпание наблюдается при углах откосов, превышающих угол естественного откоса пород. В уступах, сложенных рыхлыми породами, осыпание наблюдается и при углах откоса меньше угла естественного откоса. В этом случае перенос частицы породы осуществляется водными и воздушными потоками.
Углы откоса конусов осыпи колеблются от 35 до 40. Зависимости угла естественного откоса осыпи от размера куска породы нами не выявлено /43,45/.
Наиболее важной количественной характеристикой осыпи является величина слоя осыпания. Различают параллельное и непараллельное осыпание откосов. При параллельном осыпании величина слоя осыпания по верху и по подошве уступа равны. При непараллельном - величина слоя осыпания по верху уступа значительно превышает величину слоя осыпания по подошве. На карьерах преобладает второй тип осыпания откосов, причем в большинстве случаев осыпания нижней части уступа не наблюдается.
Исследования, выполненные автором на Маднеульском /16,45/ и Коунрадском /43/ карьерах, обобщение литературных источников /49, 72,88,120/, результаты которых сведены в табл.2.I позволили нам получить и рекомендовать для прогноза ширины слоя осыпания по верху уступа следующую зависимостьгде бувл. - предел прочности на сжатие образцов после 3-х суточного их увлажнения, Па; бсух. - предел прочности на сжатие образцов естественнойвлажности, Па. На интенсивность процесса осыпеобразования оказывают влияние две группы факторов:инженерно-геологические - интенсивность трещиноватости, потеря прочности при выветривании, обводненность и прочностные характеристики пород, слагающих откосы уступов;горнотехнические - угол откоса, высота и срок существования уступа, нарушение естественной структуры уступа под влиянием взрывных работ.
Влияние каждого фактора на величину слоя осыпания определялось нами по формуле (2.1), используя принцип эластичности функции. За основу были приняты реальные условия уступов, наиболее распространенные на современных карьерах ( Т «10 лет), oL »55, со «35, 2. »0,2 м, q »0,9, К »3, к «25 м , Результаты вычислений представлены в табл.2,2, а их графическая интерпретация на рис.2.1, Примечание: В числителе приведены численные значения фактора, в знаменателе - ширина слоя осыпания.
Анализ зависимостей, рис.2.1, показывает, что на интенсивность процесса осыпания определяющее влияние оказывают угол откоса уступа, потеря прочности при выветривании и интенсивность трещиноватости пород, слагающих уступ. Причем, если величина двух первых факторов определяется, в основном, прочностными свойствами пород, то на интенсивность трещиноватости существенное влияние оказывает технология постановки уступов в предельное положение»
В настоящее время на большинстве карьеров уступы в предельное положение ставятся с использованием отрезной щели по поверх ности откоса. Это позволяет в значительной степени исключить вредное воздействие фронтальной взрывной волны на прибортовой массив Однако такая технология не защищает массив от разрушающего действия взрывных работ по оси скважин. Так исследованиями /22,44,105/ установлено, что интенсивность осыпания уступов снижается по направлению к основанию откоса. Это вызвано тем, что верхняя часть уступа разрушается за счет перебура и взрывных работ на вышележащем уступе. Границы нарушенности вглубь массива от производства взрывных работ на вышележащем горизонте для различных типов пород определены в работе /105/, табл.2.3
Мероприятия по предупреждению обрушенийуступов
С целью предупреждения обрушений уступов на современных карьерах нашли применение следующие мероприятия:защита прибортового массива от разрушающего действия взрывных работ;эффективный дренаж прибортового массива, организация сбора и отвода поверхностных стоков, защита площадок уступов от обводнения, планировка поверхности берм и откосов, устройство водоотводных канав и т.п.;укрепление уступов;контроль за состоянием устойчивости уступов.
Мероприятия по защите прибортового массива от разрушающего действия взрывных работ: создание экранирующей щели по поверхности откоса; короткозамедленное взрывание при подходе горных работ к предельному контуру; сочетание контурного взрывания и наклонных скважин в последней экскаваторной заходке; взрывание поперечных или диагональных, по отношению к борту, заходок в приконтур-ной зоне с целью направить фронт взрывной волны под некоторым углом к массиву уступа, рассмотрены выше (см.3.1.3).
Как было установлено в процессе исследований, увлажнение прибортового массива снижает прочностные свойства по контактам трещин и является одной из основных причин обрушения уступов.
Отрезная щель поверхности откоса является источником аккумуляции атмосферных, технологических и грунтовых вод /35,94/, которые путем инфильтрации по трещинам увлажняют прибортовой массив. С целью сохранения естественной влажности прибортового массива, а в некоторых случаях даже ее уменьшения могут быть рекомендованы следующие мероприятия: сокращение интервала времени между взрывом отрезной щели и заоткоскои уступа, дренаж отрезной щели, ликвидация попадания вод весеннего и осеннего паводков в отрезную щель.
Сокращение интервала времени между взрывом отрезной щели и заоткоскои уступа может быть достигнуто за счет уменьшения до минимума расстояния от забоя экскаватора, ведущего работы по заот-коске уступа, до конечной точки взрыва отрезной щели.
Дренаж отрезной щели может осуществляться поперечными дренажными щелями /42/ или слабонаклонными (2-5) дренажными скважинами, которые бурятся от забоя уступа до отрезной щели, рис.3.4. Кроме того, для этой же цели может быть рекомендовано сокращение до минимума времени между взрывом отрезной щели и технологического блока последней экскаваторной заходки.
Ликвидировать попадание вод весеннего и осеннего паводков в отрезную щель можно, осуществив гидроизоляцию верхней ее части во время паводков жирной глиной, битумом, набрызг бетоном или покрытием полиэтиленовой пленкой. Положительный эффект может быть получен за счет отказа от практики создания отрезной щели в период, предшествующий весеннему и осеннему паводкам, а также непосредственно во время их.
Как показали наши исследования /43/, внедрение мероприятий по дренажу прибортового массива позволяет существенно уменьшить количество обрушений уступов.
В настоящее время целесообразность укрепления уступов на карьерах всесторонне обоснована в теоретическом плане и подтверждена данными отечественной и зарубежной практики. Так, например, в СССР укреплено около 100 участков /48/, в Канаде выполнено более 100 проектов по стабилизации уступов /122/, в США укрепление широко применяется на карьерах "Бингем Каньон", "Хилтон Майн", "Твин Бьюте" и других /55,117,126/. Известно также об укреплении уступов на карьерах Австрии /100/, Австралии /55/, Мексики /99/, ФРГ /55/, Ш /106/, Японии /99,127/, НЕБ /17/, ГДР /121/, ПНР /28/, ЧССР /99/.
На рис.3.5 представлена классификация способов укрепления откосов уступов.Наиболее перспективными способами укрепления уступов являются:в скальных породах - анкера, сваи и тросовые тяжи;в полускальных породах - породная пригрузка, подпорные стенки и т.п.
Укрепление скальных пород (сваи и др.) при стоимости укрепления I пог.м уступа от 60 до 500 руб. /65/ позволяет увеличить угол откоса на 3-15, а коэффициент запаса устойчивости на 10-40 % /103/. Стоимость укрепления I пог.м уступа в полускальных породах (пригрузка и др.) составляет от 40 до 540 руб. /65/.
По последовательности производства укрепительных работ по отношению к работам по заоткоске уступов, все укрепительные мероприятия можно разделить на три группы: предварительное, параллельное и последующее укрепление.Предварительное укрепление является наиболее эффективным и безопасным, так как предусматривает производство работ до поста новки уступов в предельное положение, что обеспечивает сохранность естественной структуры и прочности укрепляемого массива, а также исключает присутствие людей и техники под укрепляемым уступом.
Параллельное укрепление уступов заключается в производстве укрепительных работ совместно с работами по постановке уступов в предельное положение. Такое производство работ, хотя и уступает предварительному, но тоже является достаточно эффективным и безопасным.
При последующем укреплении работы производятся после постановки уступа в предельное положение. Недостатками такого способа производства укрепительных работ являются: недостаточная эффективность их вследствие ведения работ уже после того, как массив будет иметь микродеформации и подвижки; повышенная опасность работ вследствие производства их в неустойчивом горном массиве; сложность работ вследствие их производства на уже оформленных бермах, которые чаще всего не имеют достаточной ширины для размещения оборудования.I. Предотвратить процесс выветривания и осыпания крутых ( 40) скальных откосов невозможно, однако, предусмотрев в проекте и внедрив ряд технических мероприятий,можно значительно уменьшить интенсивность этого процесса. Проведенные исследования показали, что:по сравнению с плоскими откосами, равноустойчивые им уступы выпуклого профиля позволяют снизить интенсивность процесса осыпания откосов на 30-35 % и существенно сократить объемы вскрышных работ. Причем, наиболее значительно эти преимущества прояв ляются при отстройке откосов уступов выпуклого профиля с одним изломом:защита нижележащего уступа от разрушающего действия взрывных работ на вышележащем уступе позволяет снизить интенсивность процесса осыпания уступов в 1,5-2 раза.2. Предлагаемый способ защиты нижележащего уступа от разрушающего действия зрывных работ при помощи сейсмоизоляционных прокладок в отличие от известного способа защиты при помощи отрезной щели по подошве уступа является более дешевым и доступным в техническом исполнении.3. Установлено, что существенно сократить количество обрушений уступов можно внедрив на карьере комплекс мероприятий, включающих:сокращение до минимума интервала времени между взрывом отрезной щели и технологического блока последней экскаваторной за-ходки;гидроизоляцию верхней части отрезной щели;отказ от практики создания отрезной щели в периоды, предшествующие паводкам, а также во время их.
Расчет ширины бермы на стабилизацию обрушений уступов
Как уже отмечалось выше, предохранительные бермы в карьерах выполняют целый ряд функций. Основными из них являются задержание осыпи и камней, падающих с откосов, а также удержание породы, вовлекаемой в местные обрушения. Основным параметром, которым задаются при проектировании берм, является их ширина.
Основной причиной обрушения уступов является наличие в массиве откоса неблагоприятно ориентированной трещиноватости или слоистости. Наиболее распространенные случаи ориентировки поверхностей ослабления в массиве уступа представлены на рис.4.8.
При таких плоскостях ослабления порода из клина обрушения стремится образовать приблизительно коническую форму. Следовательно, расчет площади поперечного сечения обрушившейся и стабилизировавшейся породы вдоль проекции образующей конуса обрушения на берму позволит определить минимально допустимую ширину предохранительной бермы, которая необходима для удержания этой породы.
Условие стабилизации на берме обрушившейся породы имеет видINtyp - сумма удерживающих сил, т; 1. Т - сумма сдвигающих сил, т. Для определения сдвигающих и удерживающих сил, действующих в площади конуса стабилизации (треугольник ABC, рис.4.9), разложим его на 2 составляющих - призму упора, А АСД И призму давления, д ВСД. Тогда уравнение (4.10) запишется какгде 5о - площадь поперечного сечения призмы давления,м2; Su - то же призмы упора, иг\ fi - угол падения поверхности ослабления, град; о - угол трения по поверхности ослабления,град; а" - угол трения обрушившейся породы по поверхности бермы, град. Площадь поперечного сечения конуса стабилизации SCT. может быть определена из выражений где /7 - коэффициент разрыхления обрушившейся породы; S0Sfi - площадь поперечного сечения призмы обрушения,м2; Ь0 - ширина горизонтальной площадки, необходимаядля стабилизации обрушившейся породы, м; со - угол, при котором произошла стабилизация обрушившейся породы, град. Площадь поперечного сечения призмы упора равна
Решая систему из пяти уравнений (4.II; 4.12; 4.13; 4.14; 4.15) найдемВ уравнение (4.16) входит неизвестная величина Sofa , которая может быть определена графически либо аналитически по известным параметрам уступа и структурным особенностям породного массива,
Проверочные расчеты, выполненные с использованием разработанной методики по обрушениям уступов, имевших место на Коунрадском, Учалинском, Сибайском и Гайском карьерах показали хорошую сходимость результатов вычислений и фактических данных /64/.
Таким образом, зная структурные особенности горного массива, высоту и угол откоса уступа, используя формулу (4.16) можно уже на стадии проектирования более обоснованно выбирать ширину предохранительных берм. тупов, существенное влияние на безопасность работ оказывают внезапные обрушения отдельных участков уступов и вывалы отдельных камней.
Для достаточной надежности планирования и разработки мероприятий по задержанию камней, падающих с откосов, необходимо знать основные параметры траектории их движения, к которым относятся: скорость в момент падения камня на берму; длина и высота отскока камня на берме; скорость в момент удара камня в заграждение. Для их определения существует несколько методик расчета, которые по принципам решения могут быть разделены на три группы.
К первой группе относятся методики, предлагающие графическое решение. Наиболее известной из них является методика Р.М.Ис-хакова /42/. Ее недостатком является то, что она не учитывает сопротивлений движению камня по поверхности откоса.
Вторую группу составляют решения, основанные на эмпирических формулах, полученных в результате лабораторных и натурных экспериментов. Представителями этого направления являются С.И.Попов /86/ и Р.П.Борисов /12/. Недостатком этих методов является то, что они позволяют определить лишь один параметр движения камня, а именно, длину отскока камня на берме. С помощью этих формул можно довольно просто определить ширину бермы, необходимую для задержания камней, но невозможно решить другую часть задачи, заключающуюся в расчете параметров камнезащитных сооружений.И, наконец, третью группу составляют методики, основанные на строгой математической интерпретации классических физических
