Абельсеитова С.К. Совершенствование методов расчета устойчивости карьерных откосов в анизотропном массиве

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 19 - Прочностные свойства горных по

Карьер

«Средне

Спас-

ский»

«Тас-

тау»

Наименование пород

Песчаники красно-бурые: до 50м

свыше 50м

Песчаники зеленовато-серые

до 50м

свыше 50м

Песчаники серые: до 50м

свыше 50м

Аргиллиты до 50м

свыше 50м

Алевролиты красно-бурые:

до 50м

свыше 50м

Песчаник

2. Мраморы

Диориты

скарны

род карьеров «Тастау» и «Средне-Спасский».

Значение показателей по

данным лабораторных

испытаний

Сцепление

МПа

12,00

30,00

16,00

30,00

16,00

30,00

8,00

12,00

24,00

34,00

41,00

66,20

64,00

76,00

63,00

8 5

ft) S

25,0

30,0

20,0

31,0

20,0

33,0

24,0

28,0

25,0

30,0

33,0

31,0

32,0

28,0

32,0

ff$

2,50

2,66

2,20

2,66

2,30

2,66

2,60

2,66

2,40

2,50

2,72

2,70

2,72

2,70

2,90

Коэффициент

струк-

турного ослабления

0,0646

0,0305

0,0466

0,0305

0,0492

0,0569

0,0542

0,0569

0,0279

0,010

Сцепление

массиве

МПа

0,775

0,915

0,745

0,915

0,787

0,930

0,455

0,596

0,682

0,669

0,340

0,662

0,640

0,760

0,630

Расчетные показатели

прочностных свойств по-

род

1,25)

Сцепление

МПа

0,620

0,732

0,596

0,732

0,630

0,744

0,364

0,477

0,546

0,536

0,262

0,315

0,507

0,492

0,584

0,484

Угол

внутрен-

него

трения

градус

20,4

24,8

16,2

25,6

16,2

27,4

19,6

23,0

20,4

24,8

26,8

24,6

25,7

22,3

25,7

Плотность

2,50

2,66

2,20

2,66

2,30

2,66

2,60

2,66

2,40

2,50

2,72

2,70

2,72

2,70

2,90

4.2 Обоснование расчетных прочностных характеристик

горных пород и породных контактов

массивов карьеров

Детальным исследованием физико-механических свойств горных пород

Жезказганского месторождения занимались ГИПРОцветмет, Жез-

казганНИПИцветмет, ИГД HAH PK, (ныне и другие орга-

низации. Результаты этих исследований были обобщены и приведены в «Ре-

комендациях по обоснованию параметров устойчивых уступов и бортов

карьера «Средне-Спасский» в 1993г. Согласно этих исследований и методи-

ки, приведенной в главе 2, получены расчетные показатели прочностных

свойств основных типов пород Жезказганского месторождения, которые ис-

пользовались при обосновании параметров устойчивых откосов уступов и

бортов карьера.

Размеры элементарных структурных блоков для верхних горизонтов при

вычислении коэффициента структурного ослабления определялись непосред-

ственно из результатов съемки трещиноватости пород на карьере «Средне-

Спасский», а для глубоких горизонтов приняты согласно работы [83]. Глуби-

на залегания пород Я определена по геологическим разрезам. Рассчитанные

значения сцепления, угла внутреннего трения и плотности для основных ти-

пов пород с учетом коэффициента запаса устойчивости = 1,25) сведены в

таблицу

Детальные исследования по определению физико-механических свойств

пород слагающих откосы уступов и бортов карьера «Тастау» выполнялись

институтом КарПТИ. Результаты расчетных значений сцеплений, углов

внутреннего трения и плотности для основных типов горных пород приведе-

ны в таблице 19.

Для определения величин сцепления и угла внутреннего терния

по тектоническим трещинам, контактам трещин и слоистости на Джезказган-

ском месторождении сотрудниками КарПТИ были проведены натурные ис-

пытания по различным породным контактам (наслоению пород). Результаты

полученных значений приведены в таблицах

Таблица 20 - Значения прочностных характеристик по породным контактам

на карьере «Средне-Спасский».

Наименование

породного контакта

По наслоению пород

По системе трещин

По наслоению пород

По системе трещин

Тип породы

Алевролиты

красные

Песчаники

красные

Сцепление,

0,32

0,84

5,23

Угол

внутреннего

трения гра-

Продолжение таблицы 20

По наслоению пород

По системе трещин

По наслоению пород

По системе трещин

Песчаники

серые

Песчаники

зеленовато - серые

0,78

2,58

10,4

3,47

На основе выше изложенного, опираясь на исследования проведенные

автором в главе 3 предлагается величины сцепления и угла внутреннего

терния по тектоническим трещинам, контактам трещин и слоистости

принять следующими.

Таблица 21 - Значения прочностных характеристик по породным контактам

на карьере

Наименование

породного контакта

По наслоению пород

По системе трещин

2. По наслоению пород

По системе трещин

3. По наслоению пород

По системе трещин

4. По наслоению пород

По системе трещин

5. По наслоению пород

По системе трещин

6. По наслоению пород

По системе трещин

Тип породы

Песчаник

2. Мраморы

5. Диориты

е скарны

Сцепление,

5,9

6,4

5,5

5,0

5,5

Угол внут-

реннего тре-

ния градус

26,5

36,0

23,5

22,5

4.3 Результаты изучения структурно-тектонических особенностей

массивов карьеров

В структурном плане месторождение «Тастау» представляет довольно

сложную антиклинальную структуру, осложненных более мелкими

структурами, большая часть которых устанавливается только по ре-

зультатам бурения. Породы в центральной части месторождения имеют по-

логое падение под углами 5-10° до 15-20° на север- северо-запад, а к югу на-

блюдается некоторое склонение в том же направлении до контакта с интру-

зией Умит, «съедающей» юго-западное крыло Тастаусской антиклинали.

Карбонатные породы (известняки, и

песчаники) превращены в скарны полиминерального состава, которые на

превращены в скарны полиминерального состава, которые на контакте

с интрузией Умит обогащены железом (магнетит и железистые разновидно-

сти граната - андратит). По мере удаления от интрузии скарны преобладают

гранатовые, в основном мелкозернистых разновидно-

стей.

Дайки составляют в среднем около 15% объема пород месторождения.

На отдельных участках, особенно в контурах меднорудных тел, насыщен-

ность дайками значительно возрастает, достигая до 30-40%.

По результатам съемки и обработки трещиноватости пород на карьере

было произведено районирование бортов на 5 (пять) участков, по

которым намечается производить расчет устойчивости уступов всего борта.

Все данные, характеризующие трещиноватость пород на вскрытых участках

месторождения сведены в таблицу 22.

Таблица 22 - Основные системы трещин пород на карьере «Тастау».

Типы пород

Туфоалевролиты,

песчаники,

гранатовые

ту-

гранодиориты,

гранатовые скар-

ны

Песчаники, ту-

фоалевролиты,

гранатовые скар-

ны

Туфоалевролиты,

гранодиориты

Гранодиориты

300

320

290

460

290

Сред-

ний

азимут

про-

стира-

ния от-

коса,

градус

335

192

III

Элементы за-

легания сис-

тем трещин

та fcf

304

356

126

218

141

Расположение

трещин по от-

ношению к

откосу

Продольная

Диагональная

Поперечная

Диагональная

На вскрытых участках откосов уступов карьера «Средне-Спасский» бы-

ла произведена съемка элементов залегания трещин и слоев пород. Было вы-

явлено пять основных систем поверхностей ослабления (из них 3- системы

трещин и 2 - слои пород) с элементами залегания: первая с азимутом прости-

рания AI углом падения вторая соответственно и

;

третья

- , - и

пятая

=339° и

Выявленные элементы систем трещин, слоев пород далее обрабатыва-

ются в автоматическом режиме с помощью разработанной автором програм-

мы «Расчет откосов» [80].

Данные съемки пород по карьерам и «Средне-

Спасский» сведены в таблице 23

Таблица 23 - Данные съемки трещиноватости пород на карьерах.

Номер

станции

Борт карь-

ера

Откос ус-

тупа

Азимут

простира-

ния,

градус

Система трещин

Номер сис-

темы

Азимут

простира-

ния

тре-

щин,

а/

градус

Угол паде-

ния,

градус

Вес

сис-

темы

Карьер "Тастау"

1 Северо-

восток

2 Северо-

восток

3 Южный

Юго-

восток

5 Восточ-

ный

6 Восточ-

ный

7 Восточ-

ный

8 Восточ-

ный

9 Восточ-

ный

135

140

260

220

150

170

127

63,5

118

219

304

226

279

186

199

147

271

234

179

220

298

162

194

130

200

140

86,5

Продолжение таблицы 23

Северо-

западный

Северо-

западный

Север-

ный

Северо-

западный

Северо-

западный

Северо-

западный

Запад-

ный

Запад-

ный

Запад-

ный

19 Запад-

ный

20 Запад-

ный

21 Запад-

ный

22 Запад-

ный

23 Запад-

ный

24 Запад-

ный

25 Запад-

ный

320

310

320

350

353

191

128

123

220

350

345

359

118

165

262

315

326

300

209

185

308

320

311

130

Продолжение таблицы 23

26 Северо-

западный

27 Северо-

западный

28 Северо-

западный

29 Север-

ный

30 Северо-

восточный

Северо-

западный

32 Северо-

восточный

Вос-

точный

34 Запад-

ный

35 Запад-

ный

36 Запад-

ный

Юго-

западный

130

135

150

300

126

112

341

128

190

217

312

310

216

324

334

330

88,5

86,5

140

Карьер «Средне-Спасский»

1 Запад-

ный

Юго-

западный

3 Запад-

ный

4 Запад-

ный

5 Запад-

ный

294

357

122

337

212

357

280

358

347

Продолжение таблицы 23

6 Запад-

ный

7 Запад-

ный

8 Запад-

ный

Юго-

западный

Запад-

ный

Юго-

западный

Вос-

точный

Вос-

точный

Вос-

точный

310

300

175

350

351

358

359

330

151

167

120

172

165

4.4 Оценка устойчивости откосов уступов и бортов карьеров

4.4.1 Расчет устойчивости откосов уступов и бортов с учетом

структурных особенностей массивов

При наличии в прибортовом массиве поверхностей напластования или

тектонических нарушений крутого залегания а < Я > р (где Л - угол наклона

поверхности ослабления), падающих в сторону выработанного

деформация может произойти по одной из них. В этом случае расчет произ-

водится в начале по схеме изотропного (квазиизотропного) откоса (схема 1

или 2), а затем по схеме II, учитывающей крутое залегание одной системы

продольных поверхностей ослабления. Исходными данными для расчета яв-

ляются: средневзвешенные характеристики физико-механических свойств

пород прибортового массива и а также прочностные характеристи-

ки и по контактам слоев, согласно проекта известна высота откоса Н и

угол откоса а. Указанная схема не учитывает ступенчатый борт карьера. В

результате расчетов на ПЭВМ получают коэффициент запаса устойчивости

плоского откоса.

При выполнении расчетов на ПЭВМ снимают координаты ступенчатого

откоса и координаты по поверхности скольжения. По результатам расчета

получают коэффициент запаса устойчивости по наиболее опасной поверхно-

сти скольжения. Результаты оценки устойчивости бортов карьеров приведе-

ны в таблице 24.

При наличии в прибортовом массиве поверхностей ослабления крутого

и пологого залегания, выполняются расчеты по схеме изотропного массива и

по схемам, учитывающим пологое и крутое залегание поверхностей ослабле-

ния. За искомый принимается минимальный коэффициент запаса устойчиво-

сти.

Борт карьера в вертикальной плоскости может иметь сложную форму -

выпуклую. В этом случае помимо оценки борта карьера на всю

глубину, необходимо оценить устойчивость группы уступов, например, при

выпуклом профиле борта карьера, делают оценку нижней более крутой его

части.

Если борт карьера имеет в плане вогнутую форму с радиусом закругле-

ния по подошве R или находится в зажатой среде, то согласно «Методиче-

ских указаний ...» ВНИМИ [84], устойчивость этих участков бортов карьера

повышается относительно прямолинейных участков.

Методика ВНИМИ позволяет получить угловую поправку в устой-

чивый угол прямолинейного откоса. Согласно исследованиям на

карьерах Казахстана увеличение угла наклона борта на 1 в зажатой среде да-

ет повышение коэффициента запаса устойчивости на 0,02 0,03 [85]. Поэто-

му фактический коэффициент запаса устойчивости определится по формуле:

+ (4)

где п - коэффициент устойчивости борта карьера на прямолинейном

участке;

Ла - поправка в угол наклона борта за счет бокового распора, градус;

k = 0,02-0,03 - прирост коэффициента запаса устойчивости на угла

наклона за счет бокового распора.

4.4.2 Результаты расчетов параметров карьерных откосов и

оценки их устойчивости

Анализ пространственного залегания выявленных систем трещин при-

массивов по отношению к откосам уступов карьеров по картам

и структурным разрезам показывает многообразие по форме

возможности обрушения отдельных породных блоков. обрушения

локального характера уже проявлены на отдельных участках и горизонтах

карьеров, что показало визуальное обследование. Поэтому требуется это

Таблица 24 - Результаты оценки устойчивости бортов карьеров «Тастау» и «Средне-Спасский».

Борт

Средневзвешенные показатели прочност-

ных свойств пород

Плот-

ность

кг/м

Угол

внутрен-

него тре-

градус

Сцепле-

ние к,

Сцепле-

ние,

приведе-

нное при

Высота

верти-

отрыва,

Высота

борта,

Генераль-

ный угол

наклона

борта

а, градус

Коэффициент ус-

тойчивости

При

плос-

ком от-

косе

При

сту-

пенча-

том

профиле

Карьер «Тастау»

Северо-

западный

разрез 4

Северо-

западный

разрез 4

Северо-

восточный

разрез А-А

Юго-

западный

разрез А-А

2,79

2,78

2,72

2,79

25,8

25,7

43,2

42,4

36,1

42,0

32,8

29,5

29,8

167

170

180

170

37,0

43,0

45,0

41,0

1,318

1,384

1,222

1,410

1,286

1,239

1,425

Карьер «Средне-Спасский»

Западный

Северный

Восточный

Южный

2,62

24,5

71,26

63,55

63,55-

84,0

160

165

1,34

1,29