СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРТЬЕРОВ НАГОРНОГО ТИПА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРТЬЕРОВ НАГОРНОГО ТИПА

Научная статья

Емченко М. А.

Преподаватель ДВФУ

Аннотация

Целью работы является совершенствование метода расчета устойчивости бортов карьеров нагорного типа. Практическая ценность заключается в развитии существующих методов расчета коэффициента запаса устойчивости бортов с учетом условий разработки карьеров нагорного типа с пригрузкой верхних горизонтов со стороны нагорной части и разработке технологических решений по обеспечению устойчивого состояния бортов карьеров нагорного типа.

Ключевые слова: коэффициент запаса устойчивости, пригрузка горизонтов.  

Производство горных работ при современных темпах роста объемов добываемой горной массы за счет интенсификации процессов на карьерах не редко сопровождаются оползневыми явлениями, ущерб от которых весьма значителен.

Деформации откосов отмечены как на отечественных, так и на зарубежных карьерах, деформациям подвергаются участки, различающиеся по мощности и объему. Как правило, различны скорость протекания деформационного процесса и условия его формирования. Возникла потребность в организации и ведении постоянных наблюдений за состоянием уступов и бортов карьеров.

Такие наблюдения стали неотъемлемой частью технологического процесса добычи полезных ископаемых, поскольку они позволяют в большинстве случаев значительно повысить технико-экономические показатели эксплуатации месторождений и обеспечить необходимую безопасность производства горных работ. Сегодня состояние развития теоретических положений и практических методов таково, что правомерно повсеместно ставить вопрос о придании уступам и бортам карьеров максимально возможных углов наклонов при соответствующем диагностическом контроле породного массива и осуществлении противодеформационных мероприятий.

Установление закономерностей деформаций карьерных откосов задача, которая требует разработки методов и средств измерений состояния породного массива в статистике и динамике, на поверхности и в глубине, дискретно и непрерывно при совокупном учете природных, технологических, технических и организационных факторов.

Для предотвращения возникновения деформаций бортов карьеров, предотвращения оползневых явлений и деформаций земной поверхности любого рода разрабатывается множество способов как теоретических, так и практических.

Методы, относящиеся к первой группе, во многих случаях наталкиваются на серьезные принципиальные, технические и эксплуатационные трудности, снижающие эффективность контроля.

Методы отнесенные ко второй группе, разработаны для определенных условий, которые не всегда соответствуют условиям, существующим на месторождениях того или иного типа.

Одним из таких не учтенных факторов на месторождениях нагорного типа является пригрузка верхних горизонтов.

Месторождения строительного камня «Пушкарев ключ» нагорного типа, отрабатывается открытым способом (сверху вниз). Верхняя отметка нагорной части - +345.7 м, отметка верхнего горизонта - +290 м, в данное время отрабатывается горизонт с отметкой +160 м. высота уступов в верхней части карьера принята10 м, в нижней –15 м. борта сложены лавами, туфолавами, линзами дацитов. На карьере «Пушкарев ключ» ниже горизонта +245 мв 1995 году была обнаружена трещина, наблюдение за ней велось визуально, изменений параметров трещины не наблюдалось, в 2003 году после увеличения глубины разработки на15 мбыло отмечено раскрытие трещины, в связи, с чем с этого момента по настоящее время организованы систематические инструментальные наблюдения. Профильные линии расположены как вдоль так и перпендикулярно верхней бровке уступа +245 мна предохранительной берме. Профильные линии I - I и II - II расположены вдоль борта и состоят каждая из 6 реперов. Репера линии I- I (с 1 по 6) I находятся на пригруженной части массива, репера профильной линии II - II (с7 по 12) размещены на берме горизонта +245 м. Перпендикулярно линиям I - I и II – II, а так же бровке уступа заложены 6 профильных линий, состоящие из 3 реперов каждая (рис.1).

Наблюдения ведутся с опорных пунктов по заложенным реперам с применением тахеометра, точность которого удовлетворяет точности, необходимой для данного вида работ. Наблюдения проводятся по 2 серии в год, в начале апреля и октября.

Результаты наблюдений показали, что средняя скорость смещения массива в месте заложения реперов по профильной линии I – I составила 0,2 мм/сут., реперов II – II – 0,01 мм/сут.

Рис. 1. Расположение наблюдательной станции

 

Рис. 2. Разрез по линии 1 – 1

Из полученных результатов наблюдений можно судить и том, что скорость горизонтальных и вертикальных деформаций реперов, расположенных в пригруженной части, значительно выше скорости деформаций реперов, расположенных на той части бермы, на которую не распространяется действие пригрузки. Для наглядности приведены графики сравнения деформаций (рис. 3, 4).

Для сравнительного анализа произведем расчет устойчивости борта карьера при существующих равных условиях – с пригрузкой и без нее.

Рис. 3. Горизонтальные деформации борта

1 – пригруженной части; 2 – не пригруженной части.

  

Рис. 4. Вертикальные деформации борта.

1 – пригруженной части; 2 – не пригруженной части.

Исходные данные: угол внутреннего трения φ - 36º; сцепление в образце С – 29 Мпа, плотность пород γ – 2,62 т/м³; высота Н – 56 м; ширина берм а_б –22 м; угол наклона уступа α - 51º; угол склона пригружающей части θ - 12º.

Наметим еще девять расчетных поверхностей скольжения с разной высотой откоса Н, начиная от10 м и заканчивая высотой90 м. Угол склона пригруженной части – фактический.

Произведем построение поверхностей скольжения. Форма поверхности принимается круглоцилиндрической. В нижней точке поверхность скольжения начинается под углом ε к горизонтали. В верхней точке, находящейся на глубине Н₉₀, от дневной поверхности поверхность скольжения начинается по углом ω = 45+φ/2 к горизонтали.

Сумма сдвигающих Т=∑P_i  sinβ_i и удерживающих N = ∑P_i cosβ_i откос сил рассчитывается методом алгебраического сложения сил, где P_i - вес элементарного блока призмы деформирования, т; β_i – наклон элементарного основания элементарного блока, град. По каждой поверхности определяется ее длина L и уточняется значение расстояния от борта L_уд.

Результаты произведенных расчетов для первого случая, показали, что коэффициент запаса устойчивости для фактического положения горных работ без учета пригрузки составляет 1,16, что означает, борт при данных условиях достаточно устойчив.

Для расчета устойчивости борта во втором случае необходимо учесть, что под действием силы тяжести пригруженная часть борта увеличивает вес призмы обрушения, создавая тем самым дополнительную силу, уменьшающую устойчивость борта при данных условиях.

При расчете добавим к сдвигающим силам силу, с которой действует масса пород пригруженной части, получаем коэффициент запаса устойчивости равный 0,91, что свидетельствует о неустойчивости борта.

На рис. 5 приведен график зависимости коэффициента запаса устойчивости η от высоты уступа Н, из которого видно, как с увеличением высоты уступа снижает коэффициент запаса устойчивости.

На рис. 6 приведен график зависимости коэффициента запаса устойчивости η от угла склона θ пригруженной части при различных значениях высоты уступа.

Таким образом, проведенные исследования позволяют заключить следующее:

Скорость смещения реперов, находящихся в пределах пригруженной части, значительно выше скорости смещения реперов, расположенных на той части бермы, на которую не распространяется действие пригрузки. Из расчета коэффициента запаса устойчивости так же видно, что борт достаточно устойчив, величина коэффициента – 1,16, но пригруженная часть борта, не устойчива, величина коэффициента составляет всего 0,91.

С учетом коэффициента запаса устойчивости 1,2, оптимальная высота пригруженной части борта значительно ниже, чем высота не пригруженного борта, максимальное  значение коэффициента запаса устойчивости достигается при угле склона не более 5º.

Рис. 5. График зависимости коэффициента запаса устойчивости η от высоты уступа Н

1 – без пригрузки; 2 – с пригрузкой.

Результаты исследований могут быть использованы для решения вопросов повышения устойчивости бортов при разработке карьеров нагорного типа глубиной свыше30 ми углом заложения не рабочего борта свыше 30º.

Рис. 5. График зависимости коэффициента запаса устойчивости η от угла склона θ пригруженной части при различных значениях высоты уступа Н.

Список литературы / References

1. Справочник маркшейдера [Текст] / Д. Н. Оглоблин и др. - М.: Металлургиздат, 1955. - 927 с.
2. Бахурин И. М. Сдвижение горных пород под влиянием горных разработок  [Текст] / И. М. Бахурин. - М. - Л.: Гостопиздат, 1946. - 229 с.
3. Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов [Текст] / Г. Л. Фисенко. - М.: Недра, 1965.-378 с.
4. Демин А. М. Закономерности проявлений деформаций откосов в карьерах [Текст] / А. М. Демин. -М.: Наука, 1981. - 143 с.