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

Подождите немного. Документ загружается.

многообразие обрушений типизировать и дать оценку устойчивости каждого

типа.

В главе 3 приведены расчетные схемы для каждого типа возможного об-

рушения и аналитические формулы по определению коэффициента устойчи-

вости откосов уступов По методике изложенной в главе 2, с помощью

автоматизированной программы «Расчет устойчивости откосов» были

произведены расчеты устойчивости откосов уступов на карьерах и

«Средне-Спасский» (приложение Б), результаты расчетов приведены в таб-

лицах 25, 26.

Карьер «Тастау».

Коэффициент устойчивости рассчитывался для откосов на проект-

ном контуре высотой 30м и углами наклона 75° и 90° для всех бортов. При

этом для выполнения расчетов принято: сцепление по поверхностям трещин

; соответственно угол трения по трещине = 23 ; сцепление в

массиве угол внутреннего трения 31°. Средняя плотность

пород т/м .

Анализируя результаты расчетов видно, что по 37 замерным станциям

из 42 наиболее вероятно возможных типовых обрушения выявлено по всем

расчетным схемам: VII-0. В процентном

отношении

В районе замерной станции 33 при благоприятном залегании вы-

явленных систем трещин (несогласнопадающие по отношению к откосу) об-

рушения практически невозможны.

Эти результаты показывают, что на карьере реализуются трещины про-

дольного и диагонального по отношению к откосу залегания и вызывают об-

рушения по схемам I, II, V, реже - по схемам III, VI и практически не реали-

зуются схемы IV и VII.

Естественно, реальность проявления той или иной расчетной схемы оп-

ределяется коэффициентом устойчивости, зная при этом, что не должен

быть менее 1,5-2,0 в зависимости от сроков стояния откосов [86]. Для удоб-

ства анализа состояния откосов уступов по фактору устойчивости сгруппи-

руем все замерные по бортам карьера и сведем их в таблицу 25.

Здесь в знаменателе приведены значения коэффициентов устойчивости отко-

сов уступов с углом наклона 90 .

Анализ данных таблиц 23 и 25 показывает, что по западному борту

карьера на участках замерных станций 25 с углами падения про-

дольных крутопадающих трещин 76-83° устойчивость 30-метровых откосов

уступов под углами их наклона 70-75° не обеспечивается. Тем более будут

неустойчивы вертикальные откосы. На этом борту вертикальные откосы ус-

тойчивы только в районе замерных станций 20, 24 и 34.

На северо-западном борту откосы уступов под 75 устойчивы только в

районе станций под 90° - также в районе этих

101

Таблица 25 - К оценке устойчивости откосов уступов по бортам карьера «Тастау».

Западный

станция

2,284

0,803

<1,0

>2,0

0,867

1,637

2,150

1,113

<1,0

>2,0

0,846

Северо-

западный

станция

1,062

>2,0

1,495

>2,0

1,214

0,854

1,139

<1,0

1,308

0,969

1,308

0,969

>2,0

Северный

станция

2,906

1,765

>2,0

Северо-

восточный

станция

0,993

2,598

>2,0

1,297

0,956

>2,0

Восточный

станция

1,139

<1,0

2,763

>2,0

0,854

2,669

>2,0

2,668

>2,0

Юго-

восточный

станция

0,993

Южный

станция

2,770

>2,0

Юго-

западный

станция

>2,0

На северном борту откосы устойчивы и под 75° и под 90° в районе стан-

ций J 2и 29. На северо-восточном борту откосы устойчивы в районе станций

2 и 32. На восточном борту откосы неустойчивы под 75° в районе станций 5 и

7. Остальные участки устойчивы.

На юго-восточном, южном и юго-западном бортах замерных станций

недостаточно. Необходимы дополнительные замеры.

Карьер

Коэффициент устойчивости рассчитывался для откосов на проект-

ном контуре высотой 30м с углами наклона 75° для всех бортов и дополни-

тельно 90 для восточного борта. При этом для выполнения расчетов приня-

то: сцепление по поверхностям трещин k = 7,5 соответственно угол

трения по трещине 18°; сцепление в массиве угол

реннего трения = 25 . Средняя плотность пород 2,40 т/м .

Анализ результатов таблицы 23 показал, что по 14 замерным станциям

наиболее вероятных возможных типовых обрушений выявлено по всем рас-

четным схемам: VII-0. В процентном отноше-

нии

Эти результаты показывают, что на карьере реализуются трещины про-

дольного и диагонального по отношению к откосу залегания и вызывают об-

рушения по схемам I, II, реже - по схемам III, VI, V и практически не реали-

зуются схемы IV и Для удобства анализа состояния откосов уступов по

фактору устойчивости сгруппируем все замерные станции по бортам карьера

и сведем их в таблицу 26

Анализ данных таблиц 23, 26 показывает, что по западному борту

карьера на участках замерных станций 1 и 3 с углами падения продольных

трещин 59-66° устойчивость уступов под углами наклона 59-66° будут нахо-

диться во временно-устойчивом состоянии = и с течением време-

ни уступы могут быть подвержены локальным обрушениям. На юго-

западном борту устойчивость уступов на проектном контуре обеспечена. На

восточном борту на всем протяжении вертикальные откосы будут неустой-

чивы требуется их или искусственное укрепление.

Таблица 26 - К оценке устойчивости откосов уступов карьера

Западный

№ станции

1,390

1,227

>2,00

Восточный

№ станции

4 Л 86

0,684

0,667

1,442

0,674

Юго-западный

№ станции

>2,000

103

Продолжение таблицы 26

1,564

2,370

1,484

1,624

1,922

Надо отметить, что данные таблиц 23, 25 и 26 не отражают расположе-

ние замерных станций по горизонтам карьеров. Для того, чтобы системати-

зировать выявленные участки устойчивости или неустойчивости уступов по

всем замерным станциям как в плане, так и по горизонтам произведено рай-

онирование массивов карьеров и «Средне-Спасский»

по фактору устойчивости (рисунок

Естественно, проведенные исследования по изучению трещиноватости

прибортовых массивов и их районирование по фактору устойчивости на

вскрытых горизонтах прогнозируются на невскрытые горизонты до дна отра-

ботки карьеров. По мере их углубки необходимы корректирующее изучение

трещиноватости горных пород особенно в районе постановки крутых откосов

уступов.

4.5 Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов уступов

и бортов карьеров

Обеспечение устойчивости откосов уступов и бортов открытых разрабо-

ток с рекомендуемыми параметрами на проектных контурах является одной

из важных задач, которая определяет полноту отработки месторождений при

минимальных объемах вскрыши и обеспечивает безопасное ведение горных

работ.

Практика постановки откосов уступов на проектные контура показыва-

ет, что для обеспечения их устойчивости необходимо менять технологию ве-

дения горных и буровзрывных работ, разрабатывать способы укрепления от-

дельных участков и вести постоянный инструментальный контроль за их со-

стоянием.

Согласно рабочей документации и проектов реконструкции карьеров,

выполненных институтом предусматривается на

проектных контурах оформление обычных и вертикальных откосов уступов с

применением специальных технологических схем заоткоски. При этом в

- откосы

- устойчивые откосы

Рисунок Районирование бортов карьера «Спасский»

по фактору устойчивости.

105

процессе откосов уступов на карьерах предусматривается автор-

ский надзор, связанный с контролем правильности бурения

скважин и количества взрывчатых веществ, используемых при опытных

взрывах.

Следует отметить, что ведение заоткосных работ необходимо начинать,

согласно исследованиям за 40-45м до подхода к проектному конту-

ру. В противном случае, прибортовой массив может быть разбит (деформи-

рован) массовыми взрывами.

Создание вертикальных откосов на карьерах может быть осуществлено

двумя способами. Первый, когда создается на проектном контуре вертикаль-

ная щель с помощью бурильных станков типа СБШ. Эффективная глубина

создания щели колеблется от 15 до 30м. При увеличении высоты вертикаль-

ной стенки откоса уступа больше 30м предусматривается второй способ, ко-

гда используется оборудование, которое применяется при подземной разра-

ботке, типа Параматик, ТОРО и др.

Упомянутые способы заоткоски вертикальных уступов более подробно

рассмотрены в технических проектах соответствующих карьеров.

Выводы по главе 4

Объектами изучения были карьеры и «Средне-Спасский», раз-

рабатывающие меднорудные месторождения. Вмещающие породы на объек-

тах скальные, полускальные сильно трещиноватые.

В результате выполненных исследований получены следующие резуль-

таты:

Обоснованы расчетные значения физико-механических свойств гор-

ных пород и прочностных характеристик породных контактов;

2. Произведена съемка структурных особенностей масси-

вов на карьерах и определены основные системы трещин:

- на карьере «Средне-Спасский» выявлено пять основных систем по-

верхностей ослаблений (из них 3- системы трещин и 2 - слои пород) с эле-

ментами залегания: первая с азимутом простирания AI углом падения

вторая соответственно

=183°

и ;

третья

- АЗ ,

четвертая

- и

пятая

- на карьере «Тастау» выявлено пять основных систем поверхностей ос-

лаблений по контактам пород. Элементы залегания систем: первая с азиму-

том простирания А] углом падения ; вторая соответственно

третья четвертая

- и

пятая

=356° и

3. Выполнена оценка устойчивости откосов уступов, с использованием

программного комплекса: «Расчет устойчивости откосов»:

- карьер «Средне-Спасский» западный борт - замерные станции 1 и 3 с

углами падения продольных трещин 59-66° и углами наклона уступов 59-66°

106

будет находиться во временно-устойчивом состоянии = 1,2-1,4) и с тече-

нием времени уступы могут быть подвержены локальным обрушениям; юго-

западный борт - устойчивость уступов на проектном контуре обеспечена;

восточный борт - на всем протяжении вертикальные откосы будут неустой-

чивы требуется их или искусственное укрепление.

- карьер западный борт - замерные станции 21, 25 с

углами падения трещин 76-83° и углами наклона откосов уступов 70-75° ус-

тойчивость не обеспечивается; северо-западный борт - откосы уступов под

75° устойчивы только в районе станций и 31; северный борт - откосы

устойчивы и под 75 и под 90 в районе станций 12и 29; северо-восточный

борт - откосы устойчивы в районе станций 2 и 32; восточный борт откосы

неустойчивы под 75° в районе станций 5 и 7;

4. Произведено районирование карьерных откосов по фактору устойчи-

вости с учетом трещиноватости горных пород;

5. Рекомендованы углы наклона бортов карьеров, которые позволяют

значительно сократить объемы вскрыши по карьерам: Тастау

16,8 млн.м ;

6. Предложены мероприятия по обеспечению устойчивости откосов ус-

тупов и боров карьеров.

107

Выводы

В диссертационной работе решены важные научно-практические задачи

- совершенствование способов съемки структурно-тектонических особенно-

стей горного массива, методов расчета устойчивости анизотропных карьер-

ных откосов и оценка влияния изменения значений прочностных свойств

горных пород на устойчивость откосов уступов. Значимость выполненных

исследований для науки и практики состоит в следующем:

Усовершенствован способ съемки структурно-тектонических особен-

ностей горного массива, основанный на использовании лазерной рулетки в

комплекте с теодолитом, позволяющий достоверно получить геометрические

параметры нарушения. Достоинствами предложенного способа является про-

стота исполнения, небольшой объем полевых работ, возможность оперативно

определять геометрические элементы нарушения и создавать исходную базу

данных для оценки влияния анизотропии на устойчивость карьерных отко-

сов, а также производить съемку любых поверхностей (трещин, слоев, отко-

сов, труднодоступных мест) с указанной предельной точностью. К недостат-

кам способа мы относим лишь то, что он в значительной его части является

субъективным и зависит от профессиональной квалификации исследователя.

2. На основе анализа данных лабораторных и натурных испытаний по-

родных контактов, выявлены граничные интервалы изменения величин сцеп-

ления и угла внутреннего трения, которые колеблются в диапазонах сцепле-

ние от 1 до угол внутреннего трения от до 0°.

3. Усовершенствованы методы расчета устойчивости с помощью разра-

ботанной методики автоматизированного расчета. Создан программный ком-

плекс «Расчет устойчивости откосов» по оценке параметров устойчивости

анизотропных откосов, который является компьютерной технологией моде-

лирования массива горных пород и его со-

стояния и используется как оперативное средство оценки устойчивости отко-

сов уступов. Комплекс реализован с помощью пакета версии по-

вышает оперативность определении параметров устойчивых откосов в

тропной среде и позволяет в автоматическом режиме производить:

нарушений по азимуту простирания трещины относи-

тельно простирания откоса уступа (в основу положена круговая диаграмма);

из общего количества нарушений наиболее опасно ориентиро-

ванных к откосу нарушений и определение расчетных схем, согласно выяв-

ленных границ их работоспособности;

кривой пликативного слоя при этом определяются его ха-

рактеристики: амплитуда, длина, средняя глубина и количество складок,

среднее отклонение изгиба от среднего угла наклона поверхности ослабле-

ния, генеральный угол наклона поверхности ослабления. По этим данным

производится оценка поверхности ослабления согласно разработанной Низа-

Ф.К. классификации неровностей (шероховатостей) поверхно-

стей ослабления горного массива;

108

расчет устойчивости откоса уступа с веденными геометрическими

параметрами тектонических нарушений. В ходе оценки параметров устойчи-

вости откоса ведется текстовый содержащий подробную информа-

цию о ходе расчета и полученных результатах;

заключение о состоянии устойчивости данного откоса, либо о необ-

ходимости уточнения исходных данных.

На программный комплекс «Расчет устойчивости откосов» получено

свидетельство №158 от 9.07.2002г. о государственной регистрации Комитета

по авторским правам Министерства юстиции Республики Казахстан.

4. Установлены аналитические зависимости между коэффициентом за-

паса устойчивости и прочностными характеристиками горных пород и по-

родных контактов. Исследование влияния значений сцепления по контактам

пород на устойчивость анизотропных откосов показывает, что для большин-

ства расчетных схем, характерным является линейный тип аппроксимирую-

щей кривой. При определении влияния значений угла внутреннего трения по

контактам пород на устойчивость анизотропных откосов установлено, что

изменение угла внутреннего трения контактов, в отличие от сцепления прак-

тически не влияет на степень устойчивости откоса. При этом надежность

определения значений угла внутреннего трения по трещинам для схемы II

должна быть в переделах 3° , а для схемы IV до 13°, что соответствует 10%

отклонению коэффициента запаса устойчивости откосов.

5. Определены отклонения коэффициента запаса устойчивости от изме-

нения значений прочностных характеристик породных контактов при оценке

устойчивости анизотропных откосов. Так при обрушении породных призм по

поверхностям ослабления коэффициент устойчивости откоса наиболее силь-

но подвержен влиянию изменения прочностных характеристик пород по кон-

такту, т.е. является основным ослабляющим фактором. Од-

нако, при обрушении породных блоков как по слоистости так и по массиву

горных пород, влияние прочностных характеристик по контакту значительно

уменьшается, так как основными показателями устойчивости откоса

вятся значения сцепления массива;

6. Выявлены диапазоны точности определения значений прочностных

характеристик породных контактов и р' при определении коэффициента

запаса устойчивости анизотропных карьерных откосов.

7. Выполнены расчеты по обоснованию параметров бортов карьеров

и «Средний-Спасский» корпорации с использованием

автоматизированной методики «Расчет устойчивости откосов», позволившей

осуществить районирование массивов по степени устойчиво-

сти, а также рекомендовать генеральные углы наклона бортов карьеров, ко-

торые значительно сократили объемы вскрыши по карьерам: Тастау -

2,4млн.м , Средне-Спасский - 16,8 млн.м .

109

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Резников М.А. Уточнение решения объемной задачи об устойчивости

откосов горных пород // Ивз.вузов. 1984. №6. -35.

2 Цветков Расчет устойчивости однородных откосов при упруго-

пластическом распределении напряжений в массиве горных

Ивз.вузов. Горн.журн. №5. С.46-52.

3 Браверман Б.А. Математическое и программное обеспечение

автоматизированной обработки

информации // Ивз.вузов. Горн.журн. 1984. №3. С.32-36.

4 Половов Б.Д. Пакет прикладных программ «Устойчивость, //

Ивз.вузов. 1987. №4. С.39-44

5 Ю.В. Маркшейдерское обеспечение открытых горных работ

с применением ЭВМ // Ивз.вузов. Горн.журн. 1988. С.29-33.

6 Шпаков Поклад Г.Г. Обоснование геомеханических моделей и

расчетных схем для решения задач устойчивости карьерных откосов на

ЭВМ // Ивз.вузов. Горн.журн. 1993. №9.

7 Искаков М.Б. Информационная модель скважины для цифрового

моделирования месторождений средства и программное

обеспечение автоматизированных систем: Труды Караганд.

иститута / Караганд. институт. - Караганда, 1995. - С.35-43.

8 Попов Окатов Р.П., Ф.К. Механика скальных

массивов и устойчивость карьерных откосов. - Алма-Ата,

9 Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра,

10 Певзнер М.Е. Борьба с деформациями горных пород на карьерах.

Недра, с.

Протодьяконов дер Р.И. Методика рационального

планирования экспериментов, М: Изд-во АН СССР,

12 Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных

пород. 1962. 161с.

13 Фисенко Г.Л. О состоянии и задачах лабораторных и натурных

испытаний прочности и деформируемости горных пород ВНИМИ.

1968. №70.

14 Руппенейт К.В. Механические свойства горных пород. 1956.

Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород.

16 Попов И.И. Определение коэффициентов структурного ослабления для

горных пород некоторых месторождений Казахстана угля

открытым способом. 1969. №2.

17 Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-

механических свойств горных пород. Недра, 1972. - 312 с.

18 Ильницкая Е.И., Тедер Р.Н., Батолин B.C. и др. Свойства горных

пород и методы их определения. - Недра, 1969. - 392с.

Бондарик Комаров И,С. и др. Полевые методы инженерно-

геологических исследований. Недра, 1967 .372 с.