16.3. Разработка карьеров
При разработке карьеров необходимо обеспечить безопасное и рациональное использование машин, механизмов, оборудования. Наиболее эффективной и безопасной формой механизации при работах в карьерах является комплексная механизация, т. е. когда все операции, включая и подсобные, выполняются комплектом машин, подобранных по производительности и расставленных на рабочих местах в технологической последовательности.
Для предотвращения аварий и несчастных случаев необходимо вести работы в соответствии с проектной документацией, содержащей конкретные решения по основным вопросам безопасного ведения механизированных работ в карьерах.
В зависимости от свойств и объемов грунта, наличия грунтовых вод, дальности перемещения, породы грунта выбирают способы производства и соответственно средства механизации работ, которые в общем случае состоят из его разработки, транспортирования и отсыпки.
Для механизированной разработки выемок с одновременным образованием откосов в целях безопасности применяют специальное комбинированное сменное оборудование — откосообразователь (рис. 16.8).
При разработке карьеров серьезную опасность для работающих представляют возможные обвалы, оползни и обрушения нависающих козырьков. В карьерах, разрабатываемых на большую глубину, порядка 20....30 м и более, наибольшую опасность представляют оползни, способные засыпать нижний участок работы вместе с машинами, оборудованием и обслуживающим персоналом. Наибольшее количество оползней происходит весной и осенью, в периоды активного действия паводковых вод, дождей и оттаивания.
В качестве профилактических мер борьбы с оползнями, обвалами и обрушениями грунта, помимо изложенного выше, на основании инженерных расчетов ведутся следующие работы: укрепление подошвы откосов сваями; устройство подпорных стенок; преднамеренное обрушение нависающих козырьков средствами механизации или распределение откоса на уступы с устройством промежуточных берм.
Рис. 16.8. Откосообразователь:1— стрела экскаватора; 2— рукоять механической прямой лопаты; 3— стругообразныи ковш; 4— направляющая вставка
Положение предохранительной бермы на откосе при разработке карьеров обусловливается не только требованиями устойчивости откоса от оползания, но и тем, что берма служит для задержания скатывающихся камней обру-шающего грунта.
При наличии грунтовых вод разработка карьеров ведется на бермах с устройством дренажей, водосточных канав, водоспусков с применением желобов и трубопроводов, а также откачки воды из мест, где ее скопление может представлять опасность прорыва в карьер.
Для уменьшения притока воды карьеры защищаются нагорными водоотводными канавами.
Комплексная механизация земляных работ в карьерах позволяет снизить трудоемкость по сравнению с начальной стадией механизации процесса в 6... 7 раз. Этим самым не только уменьшается необходимое число рабочих, занятых в карьере, но и возможность возникновения травматизма.
16.4. Разработка мерзлых грунтов
Мерзлые грунты при постоянных отрицательных температурах имеют достаточную прочность, чтобы держаться в вертикальных стенках. Однако при колебаниях температуры и оттепелях прочность их снижается, появляются трещины, что влечет за собой обрушение грунтовых масс. Поэтому требования безопасности к крутизне откосов грунта в равной степени относятся к мерзлым грунтам.
В зимнее время грунты промерзают; чем больше влажность грунта и чем меньше в нем размер отдельных пор, тем значительнее затвердевание грунта при замерзании. Повышение твердости грунта при замерзании вызывает необходимость дополнительных мер при подготовке его к разработке. К ним относятся: предохранение грунта от промерзания, рыхление, оттаивание и резание мерзлого грунта.
Для разработки мерзлых грунтов применяют следующие способы: буровзрывной; разрушение грунта ударными приспособлениями (клин-баба, шар-баба, дизель-молот), подвешиваемыми к стрелке экскаватора, резанием машинами и механизмами; оттаивание горячей водой, паром, электрическим током. Все эти способы разработки мерзлого грунта требуют защиты от производственного травматизма.
Значительную опасность при разработке мерзлых грунтов представляет рыхление грунта ударными приспособлениями, при котором происходит разлет отдельных кусков мерзлого грунта от места его разработки.
Для обеспечения безопасной разработки мерзлого грунта ударной нагрузкой необходимо ограждать опасную зону. Если по условиям работы ограждение опасной зоны невозможно, необходимо устанавливать защитные сетки для ограничения разлета кусков грунта (табл. 16.3).
Таблица 16.3. Высота защитных сеток и расстояние от места их установки до места рыхления грунта ударными инструментами
-
Расстояние от места падения рабочего органа до места установки защитных сеток, м
Высота защитных сеток, м, при падении рабочего органа под углом, град
80
70
65
4
1,0
1,5
1,8
6
1,0
2,0
2,5
8
1,5
3,0
3,5
10
1,8
3,2
4,0
12
1,4
3,4
4,0
14
1,0
2,8
3,8
16
1,0
2,5
3,5
Исследование принятых в практике строительства методов разрушения мерзлых грунтов показало, что наиболее эффективным является метод разрушения мерзлых грунтов динамической ударной нагрузкой — скалыванием.
Для рыхления мерзлых грунтов ударной нагрузкой применяют копры и экскаваторы, стрелы которых снабжены ударными инструментами в виде шарили клин-бабы; массу и форму их выбирают в зависимости от сопротивления грунта рыхления. Клин-баба представляет собой цельнометаллическую стальную отливку массой 1,5...4 т, подвешиваемую к тросу экскаватора с помощью серьги (рис. 16.9). При рыхлении грунта клин-бабой, сбрасываемой с высоты 4...5 м, металлический шар или клин, скользя по поверхности мерзлого грунта, может задеть машину или находящихся поблизости людей. Поэтому при рыхлении и разработке мерзлых грунтов экскаватором с клин-бабой вблизи проездов, проходов и на застроенной территории необходимо устанавливать переносный забор для защиты от разлета мерзлого грунта.
Установлено, что дальность разлета кусков мерзлого грунта зависит главным образом от отношения массы клин-бабы к высоте ее падения.
Менее опасным и более эффективным средством для рыхления мерзлого грунта является дизель-молот с клином, установленным на бульдозере, экскаваторе или погрузчике. Рыхление грунта с применением указанных механизмов обеспечивается при толщине мерзлого слоя, не превышающего 1 м.
При более глубоком промерзании грунта и больших объемах работ наиболее эффективным и экономичным способом разработки мерзлых грунтов является взрывной.
Производство взрывов сопряжено с опасностью поражения находящихся в опасной зоне людей, механизмов и сооружений воздушной волной, кусками разрушаемого грунта. В связи с этим существенным фактором безопасности производства взрывных работ является установление таких расстояний, на которых взрыв того или иного количества ВВ при выбранном методе ведения работ является безопасным. Эти расстояния называют безопасными. Окружающие места взрывов зоны с радиусами, меньшими, чем эти расстояния, называют опасными зонами.
При рыхлении мерзлых грунтов, разработке скальных пород и вскрышных работах взрывным методом, используют взрывчатые вещества (ВВ), допущенные Госпроматомнадзором. Условия обеспечения безопасности взрывных работ зависят от количества затрачиваемого ВВ и метода взрывания. Взрывы могут быть сосредоточенными и распределенными. В первом случае производится один взрыв большой мощности заряда . Во втором случае заряды укладывают в заранее пробуренные скважины. Величина заряда ВВ рассчитывается по объему обрушиваемой породы, приходящейся на одну скважину. В общем случае величина заряда одной скважины составляет
Рис. 16.9. Рыхление грунта клин-бабой: а — вид сбоку; б — вид сверху; а — клин-баба
V = lаН,
где V — объем взрывчатого вещества; l — длина сопротивления взрыву по подошве откоса (рис. 16.10); а — расстояние, м; kв — коэффициент, принита уступа.
Учитывая, что сопротивление взрыву по подошве откоса будет несколько больше, чем в верхней части, усиление заряда в нижней части обеспечивают заглублением скважины ниже подошвы уступа на величину с, которая примерно в 4 раза меньше l. Обычно скважина в верхней части d забивается породой, после того как уложен заряд
.
Рис.
16.10 Расположение зарядов ВВ в скважине.
Масса
заряда для данной скважины,
где
q
— масса заряда, кг;
V
— вместимость ВВ на 1 м3
скважины.
Безопасное
расстояние от места взрыва,
на котором воздушная ударная волна
теряет способность поражать людей,
R=kв
,где
R
— безопасное расстояние,
м; kв
— коэффициент, принимается
в соответствии с «Правилами»
Госпроматомнадзора.