книги / Сдвижение горных пород.-1
.pdfnr_ |
Pcosfîtgp1+K'(S|+S2) |
’ |
W |
|
|
1 |
Psin p |
||
гдеp' ,K'— угол |
трения и |
сцепление по плоскостям |
ослабления; |
|
Р— вее призмы обрушения; S,,S2— площади граней пирамиды по |
||||
первой и второй плоскостям ослабления; |
(3— угол |
падения ли |
||
нии пересечения |
плоскостей ослабления; |
п — заданный коэффи |
||
циент запаса устойчивости.
В выбранном масштабе (удобно принять 1: 100) строится план участка уступа для заданного угла откосапри предварительно принятой высоте h0 ; по заданным элементам залегания наносятся плоскости ослабления и определяется, их линия пересечения АВ (рис. 2,а). С чертежа определяются J5,P,(ST+ S^). Используя мас
штабный коэффициент гпц, равный отношению искомой, высоты к предварительно принятой, уравнение (3) можно записать в сле дующем виде:.
_ _ PmS cosfttgp‘4-K'mg(S)+Si)
n ~ |
Pm® sin |2> |
откуда |
|
m _ |
X ( S , + St)___ |
Ш 0 —• |
p n sjn|J + PcOS(3tgp |
Действительная искомая высота уступа равна
|
h = h0mQ. |
|
или |
h o K 1 (S «ч- Sz ) |
|
, |
_ |
|
|
Pn-sin(3— Pcosjitgp' |
|
,4v
' J
(5)
(6)
(7)
Т. е. весь расчет состоит из двух операций: 1) определение с чер
тежа для предварительно принятой высоты h0 величин P, (S,-f
-fSt ) ир; 2) определение искомой высоты по формуле (7).
3.В уступе имеется одна диагональная плоскость ослаб ления. В рассматриваемом случае призма обрушения имеет фор му треугольной пирамиды, одна боковая грань которой идет по целику. Форма этой грани и сопротивление по ней к настоящему времени изучены недостаточно, поэтому предлагаемый ниже спо соб оценки устойчивости нужно считать в какой-то мере прибли женным.
Снекоторым допущением, по нашему мнению, идущим в запас устойчивости, боковую поверхность можно принять за плос кость, перпендикулярную простиранию уступа; смещение призмы перпендикулярно простиранию уступа. На основании результатов моделирования эквивалентными материалами устойчивости уступов для рассматриваемых условий удельную удерживающую силу q по вертикальной боковой плоскости (если она не форми
руется по направлению анизотропии) нужно принимать при ô >25° равной величине сцепления в массиве Км, при 25°>ô>15°- —q = 0,3 Км и при 8 < 15°—q = 0.
Уравнение равновесия имеет вид |
|
|
PcosfiW+qS, + K ‘S; |
(8) |
|
Psinft |
• |
|
где P — вес призмы обрушения; |
р'— arc tg (tg|3cos5 ), |
S, — пло |
щадь боковой грани призмы обрушения; S2— площадь поверхно сти скольжения; (3 — угол падения плоскости ослабления; Ô— угол между простираниями уступа и плоскостью ослабления.
В практических расчетах, как правило, для уступа с задан ными параметрами h иЫ нужно определить устойчивость подре занного диагональной плоскостью треугольника длиной I (рис. 2,6). Выразив вес призмы через параметры уступа, уравне
ние (8) можно решить относительно I: |
|
||
1 = |
______ |
3hqsin ^(ctgg1—ctgcQ_______ |
(9) |
у h sin(îïctgjî —ctgoO (n sin (31—cosp'tg p')—3K' |
|||
где I — максимально допустимая длина подрезанного |
участка |
||
уступа диагональной плоскостью при заданном коэффициенте
запаса |
п. |
|
Действительная длина участка определяется формулой |
|
|
|
1<р= hctg б(ctg |i‘ —ctgoi.). |
(10) |
При |
подрезанный треугольник будет устойчив. |
|
1. С а в к о в |
Л.В. |
Определение устойчивых откосов в скальных тре |
|
щиноватых породах. |
Сб. трудов ВНИИцветмета, «Горное дело», № 11, |
||
1967. |
|
|
|
2. П о п о в |
И.И., |
П о п о в В.Н., О к а т о в |
Р.П. Объемное решение |
задач на устойчивость уступов. «Изв. ВУЗов, |
Горный журнал», № 1, |
||
1969. |
|
|
|
ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)
Сб. 89 |
1973 г. |
Канд. техн. наук И.И. Ермаков, инж. С.П. Бряков
ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТВАЛОВ В УСЛОВИЯХ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ ТЫРНЫАУЗСКОГО ГМК
Отсыпка высоких отвалов в сложных условиях горной мест ности и вопросы их устойчивости до сих пор остаются проблемой, требующей детального изучения. Трехлетние наблюдения за отва лами, отсыпаемыми на карьере «Мукуланский» Тырныаузского ГМК, исследования физико-механических свойств отсыпаемых пород, а также аналитические расчеты, выполненные на основе проведенных исследований, свидетельствуют о том, что устойчи вость высоких отвалов в условиях горной местности может быть обеспечена.
Вопрос об устойчивости высоких отвалов в условиях горной местности Тырныаузского ГМК возник в связи с необходимостью размещения вскрышных пород при отработке открытым способом залежи «Слепая». По проекту института «Гипроникель», объем вскрышных пород на конец отработки составит около 450 млн. м3 разрыхленной массы. Отсыпка отвала производится в Большую Мукуланскую балку, расположенную юго-западнее карьера.
Верхняя часть (исток) балки, расположена западнее пика «Молибден» на отметке 3000—3200 м. Устье балки выходит в Баксанское ущелье в 3,5 км выше г. Тырныауз (отметка 1400 м).
Тальвег Большой Мукуланской балки почти на всем протяже нии проходит непосредственно по зоне разлома, имеющего ам плитуду перемещения 700—900 м, что обуславливает ассиметричное строение поперечного профиля долины балки.
Правый (юго-западный) борт долины сложей древнепалео-, зойскими породами — магматитами. Породы этой группы являют ся стойкими к процессам выветривания, поэтому образуют крутые скальные формы рельефа. Склон балки сильно изрезан руслами ручьев, являющимися притоками ручья Большой Мукуланской балки.
Левый склон балки сложен осадочными породами: глинисты ми сланцами, песчаниками, конгломератами и гнейсовидными „роговиками. Эти породы легко разрушаются, дают сглаженные формы рельефа и значительное количество рыхлого материала, покрывающего склон долины и попадающего в тальвег балки.
Ниже абсолютной отметки 1950 м приустьевая часть балки целиком сложена мигматитами — породами, стойкими к процес сам физического выветривания, что обусловило наличие крутых отвесных склонбв долины.
В верхней части Большая Мукуланская балка имеет крутой наклон (около 30—35°) в пределах отметок 3200—2200 м. Ниже, в интервале отметок 2200— 1400 м, угол наклона уменьшается, составляя в среднем 20°. Общая протяженность балки составляет около 4,5 км, а в интервале отметок 2200— 1400 м —г 3,0 км. В ин тервале этих отметок ширина долины наибольшая, склоны крутые, высокие.
Большой уклон русла балки и значительные водопритоки со здают условия для выноса осыпей и продуктов разрушения пород на склонах балки. Результатом этого является большой конус выноса в Баксакском ущелье.
В нижней части, в 300—350 м от устья, балка образует на расстоянии 80— 100 м друг от друга три крутых изгиба.
Склоны балки покрыты кустарниками и деревьями, мощность растительного слоя составляет 0,5—1,0 м. Левый, пологий склон балки в некоторых местах покрыт осыпями выветрелых пород, мощность которых в.нижней части склона достигает 5—7 м. Та ких осыпей по склону насчитывается около десяти. На противопо ложном крутом склоне осыпи отсутствуют. На отдельных участках осыпавшимися породами покрыто русло балки.
Протекающий по дну балки ручей свободно фильтруется осы пями, что свидетельствует о сложении их нижней части крупно обломочным материалом, свободно пропускающим воду, вместе
скоторой выносятся продукты выветривания.
Внастоящее время все вскрышные породы карьера, представ ленные выветрелыми разновидностями верхних горизонтов карье ра, отсыпаются в Большую Мукуланскую балку. Отсыпка отвала прбизводится с площадки на отметке 2612 м. Абсолютная отметка дна балки по этому профилю (в месте отсыпки отвала) состав ляет около 2200 м.
Впроцессе отсыпки происходит селекция отсыпанных пород.
Крупные каменныё |
глыбы объемом |
более 0,1 м3 скатываются |
по склону в русло и располагаются, |
в основном, у противополож |
|
ного склона балки |
(в правой части |
русла). Левая часть русла |
балки заполняется менее крупными глыбами, объемом от 0,1 до 0,003 м 3. Таким образом, нижняя часть отпала в настоящее вре мя сложена крупиоглыбовым каменным материалом.
Глыбы объемом менее 0,003 Mz, а также разновидности сла бых и выветрелых пород располагаются на склоне в месте отсып ки и в настоящее время формируют рабочую площадку отвала.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что в настоя щее время в общей массе вскрышных пород количество слабых и выветрелых разностей составляет около 25—30%. С отработкой верхнего слоя выветрелых пород количество слабых разновидно стей в общей отвальной массе сократится и составит (по предва рительным данным) не более 15—20%.
Для безопасной работы на отвале (а следовательно, и для бесперебойной работы карьера) необходимо решить две задачи, касающиеся устойчивости отвала:
1) разработать мероприятия по обеспечению устойчивости в целом отвала вскрышных пород объемом около 450 млн. ж3, отсыпанных в Большую Мукуланскую балку;
2) разработать мероприятия по обеспечению устойчивости рабочей площадки отвала слабых и выветрелых пород, располо женных на склоне балки.
Устойчивость отвала можно определить, выполнив расчеты по соотношению сдвигающих и удерживающих составляющих веса отвала, возникающих в условиях расположения отвала на нак лонном основании. Продольный и поперечные разрезы отвала показаны на рис. 1.
Отвал представлен однородной массой скальных и полускальных пород. Основанием отвала служит русло Большой Мукулан-
ской балки, а также ее склоны, сложенные крепкими скальными и полускальными породами. Как уже отмечалось, русло и склоны балки сильно «изрезаны» и имеют сложный волнистый рельеф. Это обстоятельство благоприятно будет сказываться на зацепле нии отвальных пород с основанием. В данных условиях величины сцепления (зацепления) и трения отвала в основании будут харак теризоваться аналогичными величинами самой отвальной массы.
Определение коэффициента устойчивости п проводилось по известной формуле
|
|
с • IQPS Nt -t fob |
|
|
|
|
CET* |
|
|
где с — масштабный коэффициент; р — угол |
внутреннего трения |
|||
пород |
в отвале; |
к — сцепление |
(зацепление) пород в отвале; |
|
N^, |
— соответственно нормальные и касательные составляющие |
|||
веса пород отвала |
(табл. 1); L — длина линии основания отвала |
|||
по балке. |
|
|
|
|
Для принятых условий с=8000, р =31°. к= 2,5 т/м2. Значения |
||||
N{,, Т\ |
и L приведены в табл. 1. |
|
|
|
|
„ _ |
8000 0,6 229,5 + |
2,5 3640 |
. К7 |
Проведенные расчеты показывают, что общая устойчивость отвала будет обеспечена при условии, если в основание отвала
отсыпать породы, у которых угол |
|
|
Таблица 1 |
|||||
внутреннего тренияр $ 24° |
(п = |
|
|
|||||
= 1,2). |
Вторым |
условием |
на |
|
|
|
Lл |
|
дежной устойчивости отвала яв |
Блок |
N^,г |
Tv. г |
|||||
ляется |
отсутствие |
в основании |
1 |
16,5 |
10,5 |
460 |
||
отвала пород, которые могли бы |
||||||||
2 |
27,0 |
13,0 |
420 |
|||||
явиться |
водоупором и создать, |
|||||||
3 |
29,0 |
12,0 |
440 |
|||||
таким |
образом, |
условия |
для |
4 |
35,0 |
14,5 |
460 |
|
подтопления отвала. |
|
5 |
40,0 |
12,5 |
400 |
|||
|
6 |
39,0 |
11,5 |
430 |
||||
Для выполнения этих условий |
||||||||
7 |
27,5 |
10,5 |
420 |
|||||
отсыпку |
отвала необходимо ве |
8 |
' 15,5 |
5,0 |
610 |
|||
сти так, чтобы слабые разновид |
S |
229,5 |
89 |
3640 |
||||
ности пород из зоны выветрива |
||||||||
|
|
|
|
|||||
ния и растительного слоя были размещены по склону балки, не
попадая в ее русло. Ширина рабочей площадки отвала и его мощ ность должны быть такими, чтобы не произошло обрушения призмы отвала или сползания его в русло балки. Обрушение или сползание отвала может привести к жертвам, кроме того обру шенная масса слабых разновидностей пород (в том числе и гли нистых разностей) может создать водоупорную призму в русле балки, что приведет в дальнейшем к подтоплению отвала и нару шению его устойчивости.
Для разработки рекомендаций по параметрам отвала, рас полагаемого на склоне балки, нами изучены физико-механические характеристики пород, слагающих отвалы и их механический со став. Многократные определения механического состава пород, взятых из разных мест отвала, показывают, что отвальная масса слабых пород представляет собой совокупность частиц различ ных размеров (табл. 2).
|
7,0—5,0 |
5,0—3,0 |
Содержание фракций в % |
||||
К ' |
3,0—2,0 |
0*8—0*1 |
1,0—0,5 |
0,5—0,25 |
0,25—0,05 |
||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
Гравелит |
|
|
Песок |
|
|
|
44.7 |
9.8 |
12.0 |
6.8 |
7.4 |
2.0 |
1.8 |
5.8 |
Таблица 2
|
<N |
|
О |
О |
|
О |
|
|
о |
0 |
0,002 |
1 |
1 |
|
1Л |
о |
|
о |
|
|
о |
о |
|
Пыль |
Глина |
|
5.3 |
2.4 |
2.0 |
Прочностные свойства отвальной массы при полной ее влагоемкости, полученные испытаниями на сдвиг на приборе с пло
щадью |
сдвига 550 см2, характеризуются величиной |
сцепления |
к Ср=3 |
т/м2 и углом внутреннего трения рС = 38°00'. |
Опытами |
установлено, что пылевых и глинистых частиц в отвале слабых разновидностей пород менее 10%, в связи с этим влажность от вальной массы практически не оказывает влияния на ее проч ностные характеристики (рис. 2).
Следует отметить, что для испытаний' в лабораторных и на турных условиях отбирались самые слабые разности пород в отвале, поэтому прочностные характеристики общей отвальной массы будут несколько выше полученных.
Расчеты, проведенные с учетом полученных сведений о проч ностных свойствах отвальных пород, позволили' определить мак симальную вертикальную мощность отвала на наклонном осно вании и допустимую ширину рабочей площадки (рис. 3).
Таким образом, для обеспечения устойчивости отвала Тырныаузского ГМК, отсыпаемого в Большую Мукуланскую балку,
размещение слабых разновидностей вскрышных пород |
(из зоны |
выветривания) необходимо производить вдоль склона |
балки с |
таким расчетом, чтобы максимальная вертикальная |
мощность |
его не превышала 40 м. Исходя из этого следует определять и допустимую ширину рабочей площадки отвала, которая будет зависеть от угла наклона основания.
Предлагаемая схема отсыпки обеспечивает заполнение русла балки крупнообломочным каменным материалом, свободно филь трующим дождевые, талые и поверхностные воды и обеспечиваю щим общую устойчивость отвала.
ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)
Сб. 89 |
1973 г. |
. Инж. Й.Г. Котов, канд. техн. наук О.Ю. Крячко, докт. геол.-мин. наук, проф. В.А. Мироненко
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНЖЕНЕРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ОТВАЛООБРАЗОВАН ИИ
Отвалообразование является важным звеном технологиче ского процесса разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. В железорудной промышленности, например, затраты на отвалообразование составляют около 15% себестои мости 1 труды. На местоположение внешних отвалов относительно карьера существенное влияние оказывает расстояние транспорти ровки пустых пород, вследствие чего под отвалы часто отводятся плодородные земли. Задача максимального сокращения этих пло
щадей за счет увеличения их приемной способности |
имеет в связи |
с этим большое народнохозяйственное значение, |
а управление |
отвалами должно основываться, помимо безопасного и эффектив ного способа отвалообразования, на необходимости экономии уго дий и их скорейшего возвращения в сферу сельского хозяйства. Показательными в этом отношении являются условия отвалооб разования на Лебединском карьере КМА и мероприятия, позво ляющие увеличить приемную способность отвалов и облегчить возможность рекультивации земной поверхности.
Внешние отвалы в пойме р. Осколец представлены экскаватор ными отвалами и гидроотвалами № 1 и № 2, намыв которых в на стоящее время прекращен. Рельеф основания отвалов характери зуется плавным поднятием поверхности в южном направлении. Северная граница земельного отвода захватывает полосу речной поймы, шириной до 200—250 м (рис. 1).
Внешние экскаваторные отвалы в предельном положении с про ектными параметрами высотой ПО м, углом откоса в пойме 12°, углом откоса на косогоре 17° отсыпаются 5 ярусами высотой 10—15 м из суглинков, песков, мела, глинистых песков и пес чаных глин под углом естественного откоса (30—35°) без соблюдения какой-либо закономерности в последовательности