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

Чем больше срок службы выработок, тем меньше удельные капи­ тальные затраты на 1 т полезного ископаемого.

Глубина разработки на стоимость укрепительных работ непо­ средственного влияния практически не оказывает, в то время как: стоимость вскрыши с глубиной неуклонно растет (в основном за счет транспортировки). Вопрос о том, начиная с какой глубины экономически выгодно укреплять неустойчивые участки бортов на данном карьере, решается в зависимости от себестоимости вскры­ ши, влияния сроков реконструкции бортов на режим работы карьера и пр.

В тех случаях, когда сопоставляется стоимость укрепления и удаления в отвал 1 м3 горной массы, глубина, начиная с которой экономически выгодно укреплять уступы, может быть определена по графику (рис. 1.11). По оси абсцисс откладывается стоимость работ, а по оси ординат — глубина карьера. Для различных спо­ собов укрепления, применяемых на данном карьере, проводятся прямые Су{ (стоимости укрепления 1 м3 горных пород) парал­

лельно оси ординат и строится график зависимости стоимости 1 м3'' вскрыши от глубины. Точки пересечения этого графика с прямы­ ми Су. определяют глубину, начиная с которой укрепление отко­

сов экономически целесообразно. Начиная с глубины, где

Са= Св — Су = О,

строится результирующий график для каждого способа укрепле­ ния, показывающий экономический эффект от укрепления для:

различных горизонтов.

Следует отметить, что в условиях, когда разнос борта осу­ ществить очень сложно, а иногда и невозможно, обрушение даже небольшого участка борта, на котором расположены транспортные и другие коммуникации, может повлечь за собой нарушение режи­ ма работы предприятия на длительный срок. Очевидно, при рабо­ те на больших глубинах в отдельных случаях будет экономически выгодно сооружение искусственных транспортных берм небольшой протяженности (например, железобетонный каркас, заполненный породой).

Особенно ощутимый эффект от укрепления неустойчивых уча­ стков бортов следует ожидать на реконструируемых карьерах,, первоначальными проектами которых разработка предусматрива­ лась до определенной глубины.

Изложенный порядок экономической оценки целесообразности укрепления откосов на карьерах применим при укреплении отно­ сительно небольших участков и в тех случаях, когда укрепление по времени мало опережает период сокращения объема вскрыш­ ных работ за счет ранее проведенного укрепления.

При укреплении больших объемов горного массива необходи­ мо учитывать неодновременность затрат на укрепление и их со­ кращение на вскрышные работы, при этом должны учитываться

ЗГ

не только эксплуатационные затраты, но также и капитальные. Для этой цели используется формула приведения затрат более

поздних лет к текущему моменту

где Ci — себестоимость единицы продукции, руб/м2 или руб/м3; Еи—’Нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности; Ki — удельные капитальные затраты, руб/м2 или руб/м3; Т — период приведения, годы.

§6. СЛУЖБА ПО НАБЛЮДЕНИЮ ЗА СОСТОЯНИЕМ ОТКОСОВ

ИОБЕСПЕЧЕНИЮ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

Для обеспечения устойчивости бортов карьеров, откосов усту­ пов и берм на глубоких карьерах необходимо создавать специ­ альную службу, в задачи которой входит: 1) систематические наблюдения за состоянием бортов и откосов; 2) детальное изуче­ ние инженерно-геологических условий устойчивости отдельных участков уступов и составление паспортов на заоткоску и укрепле­

осыпания пород в откосах уступов, а также за развитием их де­ формирования являются неотъемлемой частью в комплексе меро­ приятий по обеспечению устойчивости откосов.

При районировании карьерного поля по устойчивости откосов выявляются такие участки, укрепление которых становится необ­ ходимым лишь с течением некоторого времени после заоткоски уступов в их предельном положении (участки откосов второго и третьего классов устойчивости). Время, когда укрепление стано­ вится необходимым, устанавливается путем инструментальных наблюдений за развитием выветривания пород и деформирования уступов.

При изучении процесса выветривания пород и их осыпания в откосах уступов установлено, что в первую очередь происходит постепенное растрескивание пород на поверхности уступов и рас­ пространение этого процесса в глубину от поверхности откоса. Растрескивание сопровождается расширением выветривающихся пород, что наблюдается путем измерения профиля поверхности откосов на специальных площадках откосов, ограниченных ря­ дом реперов, заложенных на глубину 30—40 см от поверхности откосов. Относительно этих реперов поверхность откосов вспучи­ вается вследствие расширения поверхностного слоя пород. Этот процесс продолжается до тех пор, пока механические связи между отдельными частицами массива не снизятся до величины, при ко-

32

торой эти частицы уже fie могут удерживаться на поверхности от­ косов, теряют с ним связь и скатываются к основанию.

Всилу того, что процесс физического выветривания проникает

ивнутрь каждого элементарного блока горной породы, прочность каждого элементарного блока также снижается, как и прочность поверхностного слоя массива. Прочность пород, при которой на­

гической разности определяется на поверхности нескольких осы­ пающихся откосов с различными углами заоткоски, превышаю­ щими угол естественного откоса (предпочтительнее при а>45°). По этим данным строится график изменения критической прочно­ сти пород в зависимости от угла откоса (рис. 1.12).

График изменения прочности пород с течением времени уста­ навливают путем их периодического опробования. Исходя из зна­ чений угла а и прочности пород R в данный период, определяют время U, когда прочность пород в откосе снизится до критической величины; к этому времени и начинаются укрепительные работы.

Например, если угол откоса уступа равен щ, то критическая

ления, осуществляются путем периодической инструментальной съемки положения реперов, закрепленных на бермах. Для удобст­ ва съемки смещений реперов наблюдательные станции компо­ нуются из двух-трех профильных линий реперов, закладываемых в створе параллельно бровкам откосов. Смещения реперов в гори-

ния. Частота наблюдений должна составлять 1—2 раза в квартал. Точность определения смещения в вертикальной плоскости не должна быть ниже 5 мм, а в горизонтальной— 10 мм. Постоянное нарастание смещений до 20 мм в вертикальной плоскости и до 30 мм в горизонтальной свидетельствует о том, что равновесие откоса близко к предельному и его укрепление стало необходи­ мым. Такие наблюдения проводятся при втором и третьем клас­ сах первичной устойчивости откосов, подсеченных относительно пологими поверхностями ослабления (20—30°). При падении по­ верхностей ослабления под углом более 30° откосы обычно отно­ сятся к четвертому и пятому классам устойчивости и их необходи­ мо укреплять или до заоткоски, или непосредственно после за-

откоски уступов в их предельном положении.

Изучение инженерно-геологических условий для составления паспортов на заоткоску уступов и их укрепление осуществляется в полосе шириной 80—100 м у предельного контура каждого усту­ па. При инженерно-геологическом районировании карьерного по­ ля по условиям устойчивости откосов, выполняемом на стадии проектирования карьера по материалам детальной разведки ме­ сторождения, трещиноватость массива горных пород обычно бы­ вает изучена недостаточно. В связи с этим более детальное изу­ чение трещиноватости производится по мере вскрытия новых го­

к предельному контуру, способ заоткоски, необходимость и спо­ соб укрепления откоса.

укреплении поверхности откосов уступов набрызгбетоном по ме­ таллической сетке, укрепляемой на штангах. Однако такое укреп­ ление откосов не всегда является экономически целесообразным. При слабой интенсивности выветривания и осыпания пород в откосах или при пологих откосах укрепление их поверхности не требуется, но возникает необходимость по мере накопления осы­ пи на бермах производить их очистку. Очистка берм сопровож­ дается оборкой поверхности откосов от нависающих блоков.

Укрепленные набрызгбетоном откосы необходимо периодически

ществляться без разворота погрузочного агрегата, так как раз­ ворот на узкой берме вблизи расположенного выше откоса будет

34

Глава II

СПОСОБЫ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

§ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ УКРЕПЛЕНИЯ

По принципу воздействия на укрепляемый массив способы укрепления откосов на карьерах, в гидротехническом и специаль­

нерные или механические);

2)направленные на улучшение физико-механических свойств горных пород (упрочнение пород);

3)обеспечивающие надежную изоляцию пород поверхности откоса от воздействия внешних факторов (изоляция пород);

4)комбинированные.

Рис. II.1. Механические способы укрепления откосов:

36

Т а б л и ц а II.I

Принцип укрепления неустойчивых откосов механическими спо­ собами (рис. II.1) основан на перераспределении напряжений в массиве горных пород. Воспринимая давление призмы обрушения, укрепительные конструкции и сооружения передают его устойчи­ вой части массива, находящейся вне зоны сдвига. Необходимым условием применения механических способов укрепления откосов является наличие прочного, устойчивого массива за поверхностью (или зоной) скольжения или же в основании откоса.

В качестве средств механического укрепления откосов приме­ няют одиночные конструкции (сваи, шпоны, штанги, тросовые

37

тяжи) и сплошные сооружения (подпорные и защитные стенки, контрфорсы). Первые находят преимущественное применение при

Упрочнение массива горных пород осуществляют для восста­ новления нарушенных структурных связей в трещиноватых горных породах или же для создания новых дополнительных связей в рыхлых породах.

Способы упрочнения пород, приведенные в табл. II.1, получи­ ли довольно широкое распространение в строительстве. В прак­ тике открытых горных работ они находят пока ограниченное при­ менение. Более других освоен способ цементации трещиноватых скальных пород. Но и он применяется в сочетании с механиче­ скими способами укрепления сваями или штангами.

Покрытие поверхности откосов изолирующими материалами осуществляется при условии интенсивной выветриваемости горных пород в откосах после их обнажения. Конструкция покрытий обыч­ но не рассчитывается на нагрузки, основное ее назначение — изолировать горные породы от воздействия внешней среды.

В сложных инженерно-геологических условиях, когда один спо­ соб укрепления не обеспечивает длительной устойчивости ослаб­ ленного массива, производится комплексное укрепление.

§ 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ

Ш т а н г и и г и б к и е т р о с о в ы е т я ж и . Штанговая крепь применяется для крепления горных выработок при подзем­ ной разработке месторождений полезных ископаемых. На откры­ тых горных работах ее целесообразно применять для укрепления откосов маловыветрелых твердых горных пород крупноблочной, слоистой или сланцеватой структуры. Достоинствами этого вида крепи являются простота ее возведения, низкая себестоимость, высокая надежность и эффективность в работе, широкий диапа­ зон условий, в которых она применима.

Необходимая длина штанг определяется мощностью ослаблен­ ной зоны, требующей укрепления, и ограничивается технологиче­ скими возможностями их установки. Максимальная длина жест­ ких штанг, рекомендуемая к применению на карьерах, составляет 4—5 м. Применение штанг большей длины значительно услож­ няет производство работ по их установке.

Ввиду того что в условиях открытой разработки основным на­ значением штанговой крепи является обеспечение устойчивости блока породы, подсеченного поверхностью ослабления, эффектив­ ность укрепления обуславливается состоянием массива в месте закрепления замков штанг. Поэтому, если бурение показывает, что массив нарушен на глубине 5—6 м и более, то породы замковой зоны подвергаются частичной цементации или в качестве укреп­

58

тается. За счет большой поверхности соприкосновения прядей троса с бетоном образуется прочный замок.

В последние годы в литературе вместо названия «штанговая крепь» часто используется термин «анкерная крепь». Учитывая это, а также и удобство пользования одним термином, для объ­ единения таких понятий, как металлические штанги, железобе­ тонные штанги, сталеполимерные штанги, гибкие тросовые тяжи, в дальнейшем изложении используется обобщающее эти виды кре­

пи название — анкерная крепь. Затяжкой, рекомендуемой к приме­

нению при укреплении откосов анкерной крепью, служат: опорные железобетон­ ные плиты, отдельные для каждого ан­ кера или соединяющие «кусты» из трех­ четырех анкеров, деревянные или метал­

сваи являются надежным средством укрепления участков уступов, сложенных крепкими горными породами, ослабленными трещи­ нами, тектоническими нарушениями, слабыми включениями и пр.

Основными достоинствами свайной крепи являются:

а) высокая несущая способность свай (особенно с жесткой арматурой), достигающая при работе свай на касательную на­ грузку при срезе 100—150 тс; б) простота возведения свай, не требующая специальных сложных приспособлений; рабочим ме­ стом служит верхняя площадка уступа, что облегчает транспорти­ ровку оборудования и материалов, используемых при укреплении; ширина берм, на которых производятся укрепительные работы,

40