29

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Белгородский государственный технологический

университет им. В. Г. Шухова»

Кафедра БЖД

Научная работа

на тему:

«Устойчивость бортов и карьеров как условие обеспечения охраны труда работников карьеров»

Выполнил: студент группы БЖ-41

Кондакова О. Ю.

Принял: Фанина Е. А.

доцент, к.т.н.

Белгород

2011

Содержание:

Введение

1. Управление состоянием массива горных пород

2. Наблюдение за состоянием бортов карьеров и отвалов

3. Прогноз устойчивости бортов карьеров и отвалов

4. Способы управления устойчивостью откосов

5. Патентный поиск на изобретения

Заключение

Библиографический список

Патентный список

Введение

Одним из основных направлений экономического и социального развития является развитие разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом с одновременным улучшением технико-экономических показателей и безопасности труда. Для этого необходимо знать и предвидеть состояние массивов горных пород, чтобы в одних случаях гарантировать устойчивость уступов, бортов карьеров и отвалов, а в других вызывать управляемое обрушение откосов. Важно также обеспечивать сохранность объектов, сооружений и механизмов, находящихся в зоне влияния призм возможного обрушения откосов.

Существуют специальные технологические и инженерные методы управления состоянием массива горных пород. Технологическое управление осуществляется с учетом условий устойчивости откосов путем изменения их параметров и применения специальной технологии при постановке бортов в предельное положение. Инженерные методы управления основаны на использовании укрепления участков бортов и упрочнения горных пород.

Основы управления состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых заложены академиками В. В. Ржевским и Н. В. Мельниковым. Инженерно-геологические основы управления состоянием массива разработаны Н. П. Панюковым.

Главный вклад в теорию и практику развития научного направления по управлению устойчивостью бортов карьеров и отвалов внесли Г. Л. Фисенко, И. И. Попов, Э.Л. Галустьян, А. М. Гальперин, А. М. Демин, В. Т. Зотеев, А. И. Ильин, О. Ю. Крячко, Н. Н. Куваев, В. А. Мироненко, М. Е. Певзнер, В. Н. Попов, М. А. Ревазов, В. Т. Сапожников, Ю. И. Туринцев, А. Г. Шапарь, А. Б. Фадеев и др.

1. Управление состоянием массива горных пород

Управление состоянием массива обеспечивается совокупностью мероприятий по целенаправленному переводу природных и техногенных массивов в устойчивое, близкое к предельному и неустойчивое состояние в зависимости от технической целесообразности путем изменения размеров, формы и продолжительности обнаружения, а также физико-механических свойств горных пород с помощью различных физико-химических воздействий для экономического и безопасного ведения открытых горных работ.

Одна из актуальных проблем безопасного ведения горных работ на карьерах – борьба с деформациями уступов, бортов и отвалов. Для успешного ее решения необходимо освоить методы управления состоянием массива горных пород.

Главный объект изучения – состояние естественных и технических массивов, а главная задача – обеспечение устойчивости, предельного равновесия или неустойчивого откосов для повышения экономической эффективности и безопасности открытых горных работ.

Исходные принципы управления состоянием массива горных пород были сформулированы акад. В. В. Ржевским. Они следующие:

принимаемые углы откосов бортов карьеров должны обеспечивать безопасное ведение горных работ и наибольшую экономичность разработки месторождений;

коэффициент запаса устойчивости бортов карьеров следует устанавливать на основании разведочных данных по стадиям при проектировании, строительстве карьера и в первый период его эксплуатации (на основании данных горно-строительных и эксплуатационных работ), при обеспечении устойчивости рабочих и промежуточных бортов карьеров, определении их предельных контуров (на основании данных длительной эксплуатации);

в сложных условиях, особенно в глубоких карьерах, необходимо принимать специальные меры по управлению состоянием пород в бортах карьерах;

на карьерах должны быть созданы специальные службы по наблюдению за устойчивостью бортов и контролю проводимых инженерных мероприятий.

Основная задача – изучение научно-технических мероприятий по направленному изменению состояния массива, обеспечивающих надежность и экономичность проектирования, безопасное ведение горных работ при строительстве и эксплуатации бортов карьеров и отвалов. Безопасность работ зависит от конструкции борта.

Для обеспечения надежности бортов углы их наклона должны быть достаточно пологими. Экономика же требует, чтобы объем вскрошки был минимальным. Поэтому для увязки требования надежности с экономичностью необходимы точный расчет, строгое соблюдение условий обеспечения устойчивости откосов в процессе развития карьера или отвала и направленное воздействие на состояние массива.

Устойчивость бортов карьера зависит от трех основных факторов:

а) геологических (состав, состояние, строение и свойства горных пород);

б) гидрогеологических (влияние подземных вод, изменяющих свойства массива);

в) технологических (включает способ вскрытия, систему разработки и отдельные производственные процессы).

Нарушение устойчивости откосов влечет за собой увеличение объемов вскрыши, непроизводительные расходы на дополнительную экскавацию, нарушает режим работы на карьерах, вызывает простои и аварии горнотранспортного оборудования и приносит значительный материальный ущерб.

Выбираемый угол откоса должен удовлетворять, прежде всего, требованиям устойчивости бортов и условиям размещения на бортах необходимых площадок и берм.

На устойчивость бортов оказывают влияние следующие факторы:

1. горнотехнические свойства горных пород, слагающих борт;

2. структура борта (однородность или неоднородность, слагающих борт);

3. наличие и направление относительно борта плоскостей напластования, кливажа, поверхностей контактов и ослаблений, геологических нарушений;

4. размеры выработки (глубина и в плане) и ее форма;

5. влажность и фильтрационные свойства пород, слагающих борт;

6. время стояния борта и климатический режим;

7. наличие внешних нагрузок на бортах и характер буро-взрывных работ при отстройке борта в конечном положении.

Угол наклона борта, обеспечивающий размещение транспортных площадок в скальных породах, как правило, меньше угла устойчивого откоса борта карьера. Это обстоятельство вызывает дополнительный объем вскрышки в контурах карьера. Для увеличения угла наклона борта применяют искусственное укрепление откосов уступов, устаивают предохранительные бермы наклонными, т.е. проводят их в вертикальной плоскости параллельно транспортным площадкам, что позволяет повысить градусов угол наклона нерабочего борта.

Угол наклона нерабочего борта карьера, обеспечивающий размещение площадок, зависит от свойств пород, слагающих борт, вида транспорта, ширины берм и угла откоса уступов. При простой трассе внутренних капитальных траншей он колеблется от 35 – 37 до 41 – 42˚. Угол наклона борта, обеспечивающий размещение площадок, определяется обычно графическим построением или аналитическим методом.

В общем случае угол откоса борта, обеспечивающий размещение берм и транспортных коммуникаций, может быть установлен из выражения:

,

H – высота борта карьера;

- ширина соединительной бермы;

- ширина предохранительной бермы;

- ширина транспортной бермы;

- высота уступа.

Углы наклона бортов карьеров при погашении горных работ определяются устойчивостью обнажения массива горных пород в соответствующих геологических условиях.

При расчете устойчивости откосов необходимо определять две основные категории действующих сил – сдвигающие и удерживающие; различать плоские и пространственные задачи, которые решаются в двух и трех измерениях. Качественный результат их решения зависит от обоснованного выбор прочностных и деформационных характеристик массива горных пород. Для одной и той же конструкции борта могут быть приняты различные расчетные схемы (в зависимости от инженерно-геологических условий).

Управление состоянием массива немыслимо без наблюдения и контроля за деформациями откосов и изменением инженерно-геологических условий бортов карьера или отвала, без прогноза устойчивости откосов в течение всего срока существования карьера. На основе этих данных направленно изменяется интенсивность геомеханических процессов, влияющих на состояние массива.