ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ

«МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ДЕЛО»

для студентов специальностии МД (8 семестр 2 часть)

ЛИТЕРАТУРА

1. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов.-— В двух частях/Под ред. И. Н. Ушакова.— 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Недра, 1989.— Часть 2/А. Н. Белоликов, В. Н. Земисев, Г. А. Кротов и др.— 437 с: ил.

2. Маркшейдерское дело: Учебник для вузов/Д. Н. Оглоблин, Г. И. Герасименко, Л. Г. Акимов и др. — 3-е изд., перераб. и доп. М., «Недра», 1981. 704 с.

2. Сдвижение горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

2.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ КАРЬЕРОВ

Сдвижение горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых в значительной степени определяет как экономику добычи, так и безопасность труда. Нарушения устойчивости откосов бортов карьеров и отвалов приводят к увеличению объемов вскрыши, непроизводительным расходам на дополнительную переэкскавацию, нарушению режима работы карьера и опасным условиям труда.

Потеря устойчивости (сдвижение) бортов и уступов в карьерах связана главным образом с изменением напряженного состояния нетронутого массива пород в результате проведения открытых горных выработок. При этом разрушение горных пород происходит под воздействием касательных напряжений, которые при определенных условиях вызывают в массиве необратимые деформации сдвига по поверхностям, называемым поверхностями скольжения. Под поверхностью скольжения понимается наиболее слабая поверхность прибортового массива, по которой действуют максимальные касательные напряжения и соответствующие им деформации.

Рисунок 2.1. Эпюры касательных напряжений в борту разреза

В общем случае в массиве горных пород, ослабленном боковым вырезом (бортом карьера), распределение касательных напряжений может быть представлено эпюрами, показанными на рисунке 2.1 (линии I-I, II-II, III-III). Точки с максимальными значениями касательных напряжений, расположенные на различной высоте борта, формируют направление наиболее слабой поверхности abсde, которая в случае предельных напряжений становится поверхностью скольжения.

Представим потенциальную поверхность скольжения в прибортовом массиве прямой линией АСВ (рис. 2.2).

Участок ADBC — призма возможного обрушения прибортового массива. Массу Р прибортового клина ADBC, отнесенную к середине АСВ (точка С), можно разложить на две составляющие: сдвигающую М и нормальную N. Силы, удерживающие прибортовой клин от сдвига по линии АСВ, будут следующими: сила трения, равная N tg ρ, и сила сцепления К.

Рис. 2.2 - Схема распределения сил по потенциальной поверхности скольжения

Таким образом, условие устойчивости прибортового клина можно записать так:

(2.1)

Из схемы видно, что обеспечение устойчивости прибортового массива в первую очередь достигается изменением массы клина ADBC, которая в свою очередь зависит от высоты откоса H или угла его наклона α.

Можно сделать вывод о том, что устойчивость прибортового массива, с одной стороны, определяется характером перераспределения естественных напряжений вглубь и по высоте откоса, а с другой — прочностными свойствами слагающих массив пород.

Согласно теории предельного равновесия прочность горной породы характеризуется некоторой кривой (рис. 2.3, а), построенной в координатах τ, σ_п (касательное и нормальное напряжения). Кривая ABC определяет собой предельное состояние горной породы в образце. Отрезок OB, отсекаемый кривой на оси τ, определяет величину сцепления. Угол наклона к оси σ_п отрезка прямой тп, заменяющий на некотором интервале кривую ABC, называется углом внутреннего трения, а тангенс этого угла — коэффициентом внутреннего трения. Отрезок ОА выражает временное сопротивление породы растяжению σ_Р, отрезок OD численно равен временному сопротивлению сжатию σ_сж.

Рисунок 2.3. Паспорт прочности горной породы:

а — с криволинейной огибающей кругов Мора; б —с огибающей в виде прямой

Общий вид уравнения кривой предельного равновесия τ=f(σ_п). В зависимости от типа горных пород уравнение может быть представлено параболой, циклоидой, прямой. В последнем случае (рис. 2.3, б) уравнение равновесия записывается следующим образом:

τ = σ_п tg ρ + k, (2.2)

где τ — касательное напряжение по площадке сдвига, МПа;

σ_п — нормальное напряжение на площадке сдвига, МПа;

ρ — угол внутреннего трения пород, градус;

k — коэффициент сцепления пород, МПа.

Определение вида кривой предельного равновесия и количественную оценку ее параметров производят при испытаниях на срез образцов горных пород.

Основным фактором, формирующим естественное напряженное состояние пород, служат гравитационные силы. Необходимо учитывать и тектонические силы. Кроме того, при открытом способе разработки полезных ископаемых важное значение для устойчивости откосов приобретает целый ряд других факторов: фильтрационные процессы, выветривание, набухание и разуплотнение пород, динамическое воздействие массовых взрывов, вибрация от работы горнотранспортного оборудования и т. д.

Кроме того, прибортовой массив сложен не однородными породами, имеет естественную трещиноватость, по которой в целом ряде случаев формируются поверхности ослабления. Все эти факторы являются причиной сдвижения горных пород на карьерах.

С геометрической точки зрения устойчивость бортов и отвалов карьеров определяется двумя параметрами: высотой и углом наклона откоса, поэтому необходимо знать их оптимальные величины.

На геолого-маркшейдерскую службу карьеров возлагается задача по наблюдениям за деформациями бортов и уступов, а также отвалов. Данная служба принимает участие в разработке мер по укреплению оползневых участков, в расчетах параметров откосов.

Таким образом, основная задача изучения сдвижения горных пород на карьерах сводится к предотвращению деформаций бортов, уступов и отвалов с целью обеспечения безопасной и бесперебойной их эксплуатации при условии выполнения минимального объема вскрышных работ.