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

Подождите немного. Документ загружается.

Продолжение таблицы

148

170

Номер линии номер станции IV,

точки 1-3

214

320

175

Номер линии номер станции V,

точки 4-7

186

286

212

Номер линии номер станции VI,

точки 8-19

101

157

170

288

155

492

476

125

Номер линии номер станции

VII, точки 20-22

195

251

130

101

328

Номер линии номер станции

XIII,

точки

153

181

310

Номер линии номер станции

XIV, точки

168

190

Номер линии номер станции X,

точки

102

206

282

304

352

125

106

130

Номер линии номер станции IX,

точки

182

292

Полученные по данной методике элементы залегания систем трещин по-

зволяют однозначно определить положение трещин по отношению к откосу

уступа, выделить типы возможного обрушения откосов и выявить наиболее

опасно ориентированные к откосу трещины.

Рисунок 3 - Карта карьера «Кумтор» (участок 4226).

2.2 Совершенствование способов съемки структурно-

тектонических особенностей прибортового массива

В настоящее время общеизвестно, что на степень устойчивости откосов

оказывает влияние не только наличие поверхностей ослаблений, но и их

форма залегания и ориентировка относительно бортов карьеров. Влияние же

поверхностей ослабления на устойчивость открытых горных

выработок весьма своеобразно и принимать их за плоские - ошибочно. Гор-

нотехническая практика, научные исследования [53] показывают, что во мно-

гих случаях в массивах пород складчатого типа напряженное состояние силь-

но отличается от обычного, характерного для массивов платформенного

типа. В районах с интенсивной складчатостью отмечается существенная не-

равномерность напряжений в массивах горных пород, причем во многих слу-

чаях горизонтальные напряжения у складок превышают в 2-7 раз вертикаль-

ные, проявляется усиленное горное давление в мульдах синклинальных скла-

док и наоборот оно снижается в замках антиклиналей.

До настоящего времени при съемке пликативных нарушений пользова-

лись способами, описанными в главе главными недостатками которых яв-

лялись большой объем как полевых работ, связанных с разбивкой базисов и

их привязкой (экспресс-способ), так и камеральных, связанных с дешифри-

рованием фотопластин (фотограмметрический способ съемки).

Одним из перспективных, современных инструментальных способов

съемки нарушений и определения ее геометрических параметров на карьерах

является съемка с использованием современных приборов (электронный та-

хеометр, лазерная рулетка) [79].

Сущность метода заключается в использовании теодолита для измере-

ния углов наклона и лазерной рулетки DISTO, выпускаемой фирмой Leica

для измерения расстояний при помощи лазерного луча. Диапазон измерения

расстояния колеблется от Ошибка измерения расстояний составля-

ет Время измерения одного интервала 4 сек. Габариты рулетки: дли-

на - ширина - 66 мм и высота - 42мм. Методика замера съемочных то-

чек предлагается следующая:

- теодолит устанавливается в рабочее положение в районе обнаженной

поверхности ослабления (рисунок 4). На зрительной трубе, с помощью спе-

циального крепления, разработанного сотрудниками кафедры МДиГ

ГТУ), закрепляется лазерная рулетка;

- производится измерение наклонных расстояний до съемочных точек

лазерной рулеткой, одновременно с этим теодолитом фиксируется угол на-

клона.

Погрешность определения высоты и заложения съемочной точки нахо-

дится по формуле:

(3)

где - погрешность измерения наклонной длины лазерной рулеткой, мм;

- погрешность измерения угла наклона;

р- постоянная величина, равная

поверхность

ослабления

теодолит и

лазерная

рулетка

Рисунок 4 - Способ съемки нарушений с помощью

теодолита и лазерной рулетки.

При измерении углов наклона теодолитом Т-30, наклонных длин лазер-

ной рулеткой и средних условий съемки вышеупомянутые погрешности бу-

дут иметь следующие численные значения: Тогда общая

погрешность , согласно формулы (3), будет равна а предельная

составит М - 3 • М = 9,0 мм. Нами проведены соответствующие ис-

следования возможности применения данного способа съемки структурно-

тектонических особенностей прибортового массива при оценке устойчивости

карьерных откосов. Анализ показывает, что при изменении положения съе-

мочных точек пликативной нарушенности на величину предельной ошибки

коэффициент запаса устойчивости изменяется не более чем на 0,1%, таким

образом полученная точность данного способа съемки вполне достаточна. По

вычисленным данным строится поверхность ослабления, и определяются

геометрические параметры складчатости, после чего производят дальнейшую

оценку устойчивости откоса по типовым схемам расчета

Достоинствами предложенного способа является простота исполнения,

небольшой объем полевых работ, возможность оперативно определять гео-

метрические элементы нарушений и создавать исходную базу данных для

оценки влияния анизотропии на устойчивость карьерных откосов, а также

производить съемку любых поверхностей (трещин, слоев, откосов, трудно-

доступных мест) с указанной предельной точностью. К недостаткам способа

мы относим лишь то, что он в значительной его части является субъектив-

ным и зависит от профессиональной квалификации исследователя.

2.3 Определение прочностных характеристик породных

контактов и диапазона их изменения

Прочность контактов пород - один из основных показателей устойчиво-

сти анизотропного массива, так на открытых разработках прочностные свой-

ства контактов в определенных условиях оказывают решающее влияние на

устойчивость откосов уступов и бортов карьеров в целом. Факторы, опреде-

ляющие прочность породных контактов, изучены слабо, а некоторые вопро-

сы методики исследований требуют дальнейшего развития.

Во ВНИМИ разработаны методы и приборы для определения сцепления

и угла внутреннего трения по контактам слоев и трещин. Для определения

угла по контактам трещин на месторождении отбираются образцы из контак-

та в его естественном состоянии. Угол трения определяется путем проведе-

ния испытаний на двухтонном ришанном срезном дающем возмож-

ность создавать давление пород по контакту или трещине при различных ве-

личинах нормальных нагрузок на контакт. Величины нормальных нагрузок

могут приниматься различными в зависимости от нагрузок, действующих на

контакт в его естественном состоянии. По результатам испытаний строится

график, на котором в определенном масштабе по оси абсцисс откладываются

нормальные нагрузки, а по оси ординат касательные. Угол, составленный с

осью абсцисс и прямой, полученной путем соединения точек на графике яв-

ляется углом трения пород по контакту или трещине в данном диапазоне

нормальных нагрузок.

Сцепление пород по контактам слоев и трещин определяется путем

ведения натурных испытаний, по методике разработанной сотрудниками

ВНИМИ. Испытания проводятся непосредственно в массиве, в котором

оконтуривается и срезается при помощи гидроподушки или гидродомкрата

призма с таким расчетом, чтобы плоскость среза пришлась по контакту слоев

или трещин. Менее трудоемкий способ определения сцепления - методом

обратных расчетов по результатам съемок обрушений отдельных участков

откосов.

Плоское скольжение по поверхностям ослабления чаще всего реализует-

ся в откосах значительной высоты при малых прочностных характеристиках

пород по этим поверхностям по сравнению с массивом. Если же в массиве

залегает одна система с откосом поверхностей ослабле-

ния, например, слоистость пород, то контакты между слоями реализуются в

плоские поверхности скольжения при любых размерах деформирующегося

массива. На значения прочностных свойств контактов пород оказывают влия-

ние такие факторы, как обводненность, шероховатость, литологический

состав пород на границах контактов [74]. Так выявлено, что угол трения по

контакту зависит от шероховатости при малых ее значениях и практически

является неизменным при большой шероховатости; если контактирующие

породы имеют различную шероховатость, то угол трения по величине, как

правило, близок к углу трения для поверхности с меньшей шероховатостью;

наличие воды в контакте скальных и полускальных пород не вызывает

нений его механических свойств, прочность по обводненным контактам гли-

нистых пород значительно меняется; угол трения по контактам пород разно-

го литологического состава очень близок по величине к углу трения наиболее

слабой породы.

Величины сцепления и углов трения по контактам слоев и трещинам не-

которых пород, согласно исследований некоторых авторов, приведены в таб-

лицах 5-9 главы Для последующего анализа все данные сведены в таблицу

12.

Таблица 12 - Сводная таблица прочностных свойств по контактам пород.

Тип породного контакта

Филлит

Глина

Уголь

Сланец

Аргиллит

Диабаз

Уголь по глине

Вторичный кварцит

Кварцевый порфир и гра-

нодиоритпорфир

Скарнированная порода

Сиенит

Диорит

Гранодиорит

Алевролит

Серпентинит

Брекчия

Уголь по диориту

Порфир

Роговики

Джеспилит

Песчаники

Опока

Порфирит

Сцепление по контакту

диапазон

от

0,2

0,11

0,75

0,95

0,30

4,0

5,0

1,82

3,0

0,11

5,0

1,85

2,42

до

3,0

1,85

1,40

0,24

7,0

10,0

среднее

1,6

0,98

0,75

1,18

0,30

5,5

5,0

1,82

0,18

6,0

5,92

2,42

Угол внутреннего трения

по контакту градус

диапазон

от

9,0

8,0

13,0

9,0

12,0

21,0

13,0

16,0

17,0

24,0

23,0

20,0

25,0

31,0

ДО

25,0

27,0

25,0

28,0

30,0

27,0

28,0

30,0

27,0

31,0

33,0

37,0

среднее

17,0

17,5

19,0

18,5

20,0

21,0

21,5

22,5

23,5

24,0

25,0

25,5

26,5

31,0

Продолжение таблицы 12

Мрамор

Перидотит

4,2

8,6

6,40

36,0

Анализ таблицы 12 позволяет установить граничные интервалы измене-

ния значений прочностных характеристик, так сцепление k' колеблется в диа-

пазоне от 1 до а угол внутреннего трения р' от до 30°.

Для последующего анализа типовых расчетных схем по оценке устойчивости

анизотропных откосов нами приняты именно эти значения.

Выводы по главе 2

Проведенные исследования прочностных характеристик горных пород,

структурно-тектонических особенностей массивов, методов

съемки поверхностей ослабления для оценки устойчивости откосов уступов в

анизотропном массиве позволили получить следующие результаты:

1. Определены элементы залегания систем трещин, которые позволя-

ют однозначно установить типы возможного обрушения откосов и произве-

сти оценку их устойчивости.

2. Усовершенствован способ съемки структурно-тектонических осо-

бенностей прибортового массива, основанный на использовании лазерной

рулетки в комплекте с позволяющий достоверно получить гео-

метрические параметры нарушения.

3. Установлены граничные интервалы изменения величин сцепления и

угла внутреннего трения породных для последующего анализа

типовых расчетных схем по оценке устойчивости анизотропных откосов.

3 Совершенствование методов расчета устойчивости карьерных

откосов в анизотропной среде

На современном этапе развития научно-технического прогресса, благо-

даря широкому внедрению в практику вычислительной техники, появлению

новых современных электронных приборов, решение вопросов по проблеме

обеспечения устойчивости откосов и бортов карьеров, вышло на качественно

новый уровень. Речь идет не только о простом так называемом «машинном

счете», но о таких программных модулях, которые бы позволяли произво-

дить адекватный анализ исходных данных, автоматический выбор схем рас-

чета, могли брать на себя принятие однозначных решений по вопросам ус-

тойчивого состояния как откосов уступов, так и бортов карьеров в целом.

В условиях трещиноватых массивов устойчивость откосов обуславлива-

ется в основном как прочностными характеристиками пород по их поверхно-

стям, так и пространственной ориентировкой трещин различного происхож-

дения. В определенных условиях при решении задачи устойчивости откосов

скальных и полускальных пород необходимо учитывать влияние диагональ-

ных и даже поперечных к откосу в плане трещин. В то же время в некоторых

случаях продольные (наиболее опасные) трещины могут не реализоваться в

поверхности скольжения.

3.1 Выбор схем расчета по определению устойчивости

анизотропных откосов

Несмотря на большое разнообразие методических подходов к оценке ус-

тойчивости откосов уступов и бортов карьера, в настоящее время не сущест-

вует общепринятой теоретической базы для таких оценок. В основном поль-

зуются инженерными методами расчетов, которые базируются на определен-

ных допущениях.

По нашему мнению, наиболее обоснованной в теоретическом отноше-

нии является методика оценки устойчивости по пяти основным видам де-

формаций откосов, разработанная Р.П. в которой использована

теория предельного равновесия и экстремальный способ, позволяющий одно-

значно определить положение наиболее напряженной ломаной поверхности

скольжения, совпадающей с поверхностью ослабления [72]. При разработке

типовых расчетных схем по оценке устойчивости трещиноватых откосов им

были получены аналитические зависимости параметров откосов от простран-

ственной ориентировки поверхностей ослабления, так же были выявлены

пределы влияния поверхностей ослабления на устойчивость откосов в плане

и в вертикальной плоскости. Типовые расчетные схемы в соответствии с их

классификацией, установленные границы их работоспособности и аналити-

ческие решения по определению устойчивости откосов в анизотропной среде

приведены в таблице

Таблица 13 - Типовые схемы, границы применимости и расчетные формулы по определению коэффициента

устойчивости откосов в трещиноватом массиве.

Типовые расчетные схемы

Характер

нарушения и

пределы влия-

ния

Расчетные формулы

С наличием в откосе трещиноватой нарушенности

/ /

' // X

' / /

/ / /

' / / /

/ /

' / / .

/ /

/ / /

/ /

' / /

2 S

1 §

о О

g о и

2 5

2 о

3 с о

о 5

Я Ж S

о к

Карьерный откос име-

ет

одну

систему

про-

дольных трещин

на-

клонного

крутого

согласного

откосом

залегания

7 • Я - - - Л)

• sin • Л

•

у sin • — p

( /V

. • cos • -

Продолжение таблицы 13

I f I

i I I i

I I I I

I I f l

- 2 • -

е =

2 2

Я — p

- f

у • - p } JJ К

где