книги из ГПНТБ / Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах

Глубину карьера, начиная с которой экономически целесооб­ разно применение контурного взрывания, можно определить по формуле

вания, градус; « 2 — угол наклона борта при контурном взрывании,

рой экономически целесообразна специальная заоткоска уступов, необходимо учитывать также и капитальные затраты на вскрыш­ ные работы и заоткоску. Аналитическое условие экономической целесообразности применения специальной технологии при поста­ новке бортов в предельное положение примет вид:

мощью специальной технологии постановки бортов в предельное положение, м2; Кв — удельные капитальные затраты на 1 м3 вскры­

литическое выражение экономической целесообразности примене­ ния специальной технологии в виде:

Выполнив некоторые преобразования, получим выражение для определения границы перехода от метода обычных скважинных за­ рядов на специальную технологию при постановке бортов на карьерах в предельное положение

20

Выполнение всех перечисленных выше мероприятий при веде­ нии взрывных работ вблизи бортов предельного контура карьеров существенно снизит отрицательное влияние взрывов на устойчи­ вость бортов карьера, позволит придавать уступам предусмот­ ренный проектом профиль и улучшит эффект искусственного укрепления отдельных неустойчивых участков.

На устойчивость рыхлых или выветрелых пород, склонных к набуханию или размоканию, и на эффективность укрепления отко­ сов оказывает влияние соблюдение профиля площадок уступов, обеспечивающего сток дождевых и талых вод с их поверхности.

Целесообразность укрепления того или иного неустойчивого участка определяется необходимостью сохранения непрерывности и заданной ширины транспортных берм и берм очистки, а также принятого в проекте разработки профиля борта в течение всего срока службы предприятия.

§ 3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ УЧАСТКОВ, ТРЕБУЮЩИХ УКРЕПЛЕНИЯ (НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ)

Поскольку необходимость укрепления откосов уступов и ло­ кальных участков борта связана в значительной степени с общим углом наклона борта и с общим его профилем, вопрос о выделе­ нии участков, требующих укрепления, решается одновременно с расчетом общих углов наклона бортов.

Районирование карьерных полей по общей устойчивости бортов карьеров и устойчивости уступов начинается с выделения участ­ ков по границе карьера в плане, характеризующихся достаточно однородными инженерно-геологическими условиями: неизмен­ ным или косвенно изменяющимся по простиранию и падению углом падения слоев, выдержанным литологическим составом по­ род в разрезе по простиранию борта и одинаковыми на всем про­ тяжении участка гидрогеологическими условиями. Затем по каж­ дому однородному участку борта определяется путем расчета до­ пустимый по инженерно-геологическим условиям общий угол на­ клона борта и устанавливается экономически наиболее целесооб­ разный его профиль. После выделения по периметру карьера однородных участков бортов, определения общих углов их накло­ на и смежных участков, соединенных плавными переходами, про­ изводится планирование съездов в карьер и определяется ширина транспортных берм по участкам и горизонтам.

Следующим этапом является составление детальных профилей бортов в их предельном положении по участкам с нанесением транспортных берм, берм безопасности (механизированной очист­ ки) и откосов уступов (сдвоенных и строенных). При составлении профиля бортов в их предельном положении необходимо учиты­ вать следующее:

1) при падении поверхностей ослабления в сторону свободной поверхности откоса уступа под углами более 35° вопрос об углах

21

заоткоски уступов должен решаться в комплексе со способами отработки их вблизи предельного контура и способами укрепле­ ния откосов и берм;

2) так как устойчивость откосов уступов возрастает и их укрепление упрощается, при более пологих углах целесообразно увеличить общую высоту уступа между бермами безопасности до

40—45 м;

3)при крутых углах наклона борта и при высоте откоса 45—50 м между смежными транспортными бермами вписывается берма очистки с таким же продольным уклоном. В этом случае суммарная ширина транспортных берм, берм очистки и углы отко­ сов получаются минимальными;

4)при одинаковом литологическом составе пород углы отко­ сов верхних уступов следует принимать на 10—15° положе ниж­ них, так как они уже в естественном состоянии затронуты про­ цессами выветривания и срок их службы больше.

Установив углы откосов уступов в их предельном положении, решают вопрос об укреплении отдельных участков откосов и о времени, когда это укрепление следует производить.

Участки откосов, требующие укрепления, выявляют путем оценки их устойчивости в соответствии с геологическими и горно­

техническими факторами, изложенными в § 1 и 2 этой главы. По степени устойчивости все откосы уступов делятся на пять

классов:

1)коэффициент запаса устойчивости откоса уступа более двух,

апороды,-слагающие откос, не склонны к выветриванию. В тече­ ние всего срока службы откосы не потребуют укрепления;

2)коэффициент запаса устойчивости откоса уступа составляет 1,5—2 и более, но при этом породы склонны к выветриванию и

осыпанию. Такие откосы требуют укрепления по истечении неко­ торого времени после их заоткоски; время, когда укрепление ста­ нет необходимым, устанавливается путем маркшейдерских наблю­ дений за процессом выветривания пород и деформированием от­

после их заоткоски в предельном положении;

4)коэффициент запаса устойчивости откоса 1,1—1,2, а также откосы с большим коэффициентом запаса общей устойчивости, но склонные к интенсивным фильтрационным деформациям. Укрепле­ ние откосов этого класса необходимо производить сразу же после их заоткоски в предельном положении;

5)коэффициент запаса устойчивости меньше 1,1, т. е. откос без укрепления неустойчив (10% запаса устойчивости в пределах точности расчета). Такие откосы необходимо укреплять до отработки последней заходки; технология заоткоски уступа и укреп­ ления откоса разрабатывается совместно с технологией отработ­ ки последней заходки.

22

Участки откосов уступов, характеризующиеся различной сте­ пенью устойчивости, выделяются на плане горных работ карьера на конец отработки различными условными обозначениями.

План горных работ с выделением участков, требующих укреп­ ления, используется затем при экономических расчетах общих за­ трат на укрепление в целом по всему карьеру, а также на раз­ личные периоды освоения месторождения.

§4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ ПОРОД

ВОСЛАБЛЕННЫХ ЗОНАХ

Основными характеристиками прочности горных пород яв­ ляются характеристики сопротивления сдвигу: сцепление и коэф­ фициент внутреннего трения. Они изменяются-с течением времени при изменении условий их залегания. Проведение горных вырабо­ ток изменяет условия залегания пород в зоне влияния выветрива­ ния, граничащей с откосами уступов. Поэтому при определении характеристик прочности пород в откосах уступов недостаточно пользоваться методами испытаний физико-механических свойств

•горных пород естественной структуры и влажности [40]. Необхо­

в откосах уступов: при длительном обводнении контактов с водо­ проводящими слоями, при таких же значениях нормальных и ка­ сательных напряжений, какие будут испытывать породы в есте­ ственных условиях.

При изучении влияния обводнения пород на изменение их со­ противления сдвигу с течением времени в условиях разгрузки от давления вышележащих пород образцы выдерживают в компрес­ сионных приборах при удельных нагрузках, равных нормальным напряжениям по наиболее слабым поверхностям в рассматривае­ мых откосах без приложения касательных напряжений. Процесс набухания пород происходит более интенсивно при касательных напряжениях, превышающих предел ползучести при данном нор­ мальном напряжении.

Если в скальных породах поверхности ослабления представ­ лены тектоническими нарушениями и крупными трещинами, не заполненными глинкой трения, то коэффициент трения по таким поверхностям ослабления можно считать не изменяющимся с те­ чением времени и определять путем обычных испытаний на сдвиг по заранее подготовленной увлажненной поверхности.

В табл. 1.5 приведены величины углов трения по некоторым поверхностям ослабления, испытанным во ВНИМИ.

Величины сцепления по поверхностям ослабления в откосах уступов зависят от способа производства буровзрывных работ (у скальных и полускальных пород) и от процессов выветривания и набухания (у глинистых).

23

Таблица 1.6

В табл. 1.6 приведены природные величины сцепления по не­ которым поверхностям ослабления, но вероятность сохранения этих величин с течением времени в откосах уступов мала, поэто­ му при расчетах длительной устойчивости откосов уступов и их укрепления сцепление по поверхностям ослабления в расчет при­ нимать не следует.

При расчетах устойчивости уступов, подсеченных двумя систе­ мами трещин (поверхностей ослабления), имеющих различные углы падения в сторону свободной поверхности откоса, необходи­ мо учитывать сопротивление отрыву по крутой поверхности ослаб­ ления (рис. 1.8, а). Если оконтуренный трещинами блок является жестким, т. е. в нем не возникает площадок скольжения и отры­ ва, то его равновесие в откосе обеспечивается силами трения и

24

находят сопоставлением различных вариантов.

При решении вопроса о целесообразности укрепления участка борта затраты, необходимые на производство этих работ, обычно

ленных пород (или площадь укрепленного откоса).

Проект на укрепление участка борта составляется на основе детально выполненных инженерно-геологических изысканий, в ходе которых устанавливается наличие поверхностей ослабления мас­ сива (трещин, тектонических нарушений и пр.), их ориентация в пространстве, механические характеристики пород в ослаблен-

25

f

ной зоне, их выветриваемость и другие особенности массива, ока­ зывающие влияние на устойчивость бортов и откосов уступов бу­ дущего карьера.

Расчет экономической целесообразности укрепления участков бортов производят, исходя из сокращения объема вскрыши, при­ давая бортам более крутые углы.

Укрепление откосов становится целесообразным, если затраты средств на укрепление меньше суммы экономии, получаемой благодаря сокращению объема вскрыши.

Удельные затраты на укрепление выражаются или в стоимости 1 м3 укрепленного массива, или в стоимости укрепления 1 м2 по­ верхности откоса.

В табл. 1.7 приведены данные об укреплении отдельных' уча­ стков бортов ряда карьеров за период с 1962 по 1970 г.

Экономический эффект подсчитан без учета затрат на рекон­ струкцию борта. Это тот минимум, который можно получить при сопоставлении затрат на укрепление со стоимостью транспорти­ ровки в отвал обрушившихся пород. Если учитывать стоимость реконструкции бортов, экономический эффект был бы значитель­ но выше.

Укрепление откосов, в том числе и на карьерах, применялось и ранее. В. Ф. Беляев и др. в работе [5] приводят данные о стои­ мости укрепления 1 м3 породы механическими способами на не­ которых предприятиях (табл. 1.8).

укрепление 1 м2 откосов различными способами составляют, руб.

Набрызгбетон .......................................................................... 1,03—1,25

где Я, / — высота и длина борта соответственно, м; «2, он— углы наклона укрепленного и неукрепленного борта соответственно.

28

При сплошном покрытии откосов набрызгбетоном экономия на 1 м протяженности борта составит

6090 руб. Показателем экономической эффективности укрепления является отношение экономии средств от укрепления к затратам на укрепление:

Сэ

СуКу

(1.11>

В приведенном примере величина Пэ равна 9,2.

Если укрепление ослабленных участков бортов строящегося карьера не предусмотрено проектом, а углы наклона бортов при­ няты без учета поверхностей ос­ лабления массива, то в процес­ се эксплуатации происходят де­ формации уступов и бортов. Про­ изводить работы по укреплению уступов после их нарезки гораздо сложнее и не всегда безопасно.

Оценку целесообразности укрепления бортов в процессе эксплуатации карьера произво­ дят сопоставлением затрат на укрепительные работы и удале­ ние в отвал горной массы, при­ чем возможны два случая:

1) когда вследствие укрепле­ ния отпадает необходимость в погрузке и транспортировке в от­ вал горных пород, вероятность обрушения которых достоверно

установлена (имеется в виду, что обрушение произойдет за про­ межуток времени, значительно меньший срока существования гор­

где Ст— стоимость погрузки и транспортировки в отвал 1 м3 об­ рушившихся пород, руб.

Объем пород, подлежащих укреплению или удалению в отвал, определяется в зависимости от характера нарушенное™ массива по материалам инженерно-геологических изысканий;

29

2)когда благодаря укреплению пород отпадает необходимость

вреконструкции вышележащей части борта карьера.

При этом

■р — коэффициент, отражающий нарушение режима работы карье­ ра при реконструкции борта (перенос коммуникаций, создание дополнительных съездов и т. п.); в зависимости от конкретных ус­ ловий может меняться от 1 до 2.

способы укрепления, упрочнения и изоляции пород на одном и том же участке, то все затраты относят на 1 м3 укрепленных по­ род. Если же производится только изоляция пород поверхности от­ косов, то затраты относят на 1 м2 поверхности откоса.

На экономическую эффективность искусственного укрепления влияют: время эксплуатации выработок и глубина разработки.

30