CC BY
43
© П. С. Шпаков, Ф.К. Низаметдинов, С.Г. Ожигин, С.Б. Ожигина,
А.П. Шпакова, 2005
УДК 622.271
П. С. Шпаков, Ф.К. Низаметдинов, С.Г. Ожигин,
С.Б. Ожигина, А.П. Шпакова
ФОРМИРОВАНИЕМ ОТВАЛОВ ВНУТРИ КАРЬЕРНОГО ПОЛЯ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВЫХ БОРТОВ КАРЬЕРОВ ПРИ ДОРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Семинар № 1
✓"Ьтработка месторождений полезных ископаемых открытым способом доказывает необходимость двух и более стадийного проектирования параметров бортов карьеров. При этом на первой стадии производится прогнозная (предварительная) оценка устойчивости проектируемых бортов карьеров, основанная на данных геолого-разведочных работ, На следующих - уточняются и детализируются ранее принятые решения по параметрам горных работ с учетом фактических данных о геомеханическом состоянии горного массива и свойств пород, полученных из исследований на вскрытой части месторождения. Получение достоверной геоме-ханической информации базируется на дополнительных исследованиях физикомеханических свойств горных пород, слагающих прибортовые массивы, структур-но-тектони-ческих особенностей, трещиноватости горных массивов и особенно актуально при разработке сложно- структурных месторождений. При выборе технологических решений существенная роль принадлежит определению параметров устойчивых бортов карьеров. Выбор параметров конструкций бортов, зависящий от ряда факторов (геологическое строение месторождения, тип применяемого технологического оборудования, физикомеханические свойства горных пород, слагающих прибортовые массивы карьера и т.д.), влияет на технико-экономические показатели работы горнодобывающего
предприятия в целом. Конструкции бортов погашения должны предопределять эффективность доработки месторождения и обеспечивать безопасность работ в при-бортовой зоне карьера.
Наличие достоверной геомеханической информации дает возможность принятия новых эффективных решений по снижению объема вскрышных работ и рационального использования выработанного пространства для отвалообразования, направленных, в первую очередь, на снижение затрат при доработке месторождения. Конструирование устойчивых бортов карьеров с максимально крутыми углами наклона должно базироваться на тщательном изучении геомеханического состояния и схематизации прибортовых массивов. Поэтому на стадии доработки карьеров целесообразно проводить дополнительные исследования прочностных и физических характеристик горных пород, структурно-тектонических особенностей, трещиноватости прибортовых массивов, а также анализ существующего состояния горных работ и т.д. для определения наиболее оптимальных профилей бортов погашения.
Дополнительные исследования физико-механических свойств горных пород, выполненные ВНИИцветметом в 2000 г., на карьере «Николаевский» (Прииртыш-ский район Рудного Алтая, Николаевское полиметаллическое месторождение) позволили установить расчетные характери-
стики прочности пород массивов карьера в профиле разрезов 1-1, 11-11, с учетом структурного ослабления и вариаций отклонения средней величины. Согласно [1] получены следующие величины сцепления, угла внутреннего трения и плотности:
• руды - 43,9 т/м2, 33,9°, 4,3 т/м3;
• туфы кислого состава - 42,5 т/м2, 30,6°, 2,7 т/м3;
• туфы кислого состава среднеобломочные - 51,3 т/м2, 33,6°, 2,6 т/м3;
• алевролиты - 14,5 т/м2, 26,0°, 2,6
т/м3;
• липаритовые порфиры - 66,2 т/м2, 34,5°, 2,7 т/м3;
• диабазовые порфиры - 35,9 т/м2, 30°, 2,7 т/м3.
На основании уточненных значений прочностных характеристик массива, учитывая существующее положение горных работ, нижние горизонты бортов карьера «Николаевский» перепроектированы под более крутыми углами наклона (проект ЖНИПИцветмета, 2000 г.). При этом южный борт карьера, сложенный породами средней крепости и умеренной трещиноватости, принял выпуклый профиль (рисунок) с углами наклона
20° в верхней части (гор. +178,0 м - +332,0 м) и 55° в нижней части борта (гор.+178,0 м - -58,0 м).
Для анализа устойчивости южного борта карьера использовалась методика численно- аналитического способа расчета устойчивости карьерных откосов, разработанная проф. П.С. Шпаковым и др. [2]. Методика позволяет одновременно учесть ряд геологических и техногенных факторов. В ней учитываются: профиль борта; литологические разности породного массива; гидрогеологические условия; тектоническая нарушенность; влияние внешней нагрузки от горно-транспортного оборудования и наличие внешних и внутренних отвалов, пригружающих борта карьера.
Методика расчета устойчивости откосов численно-аналитическим способом основана на создании геомеханической модели прибортового массива, адекватно отражающая действительную природу рассматриваемого процесса. Положение наиболее слабой поверхности в приоткосном массиве устанавливается однозначно на основе результатов расчета на ПЭВМ коэффициента запаса устойчивости по ряду потенциальных поверхностей скольжения, удовлетворяющих основным положениям теории предельного равновесия, с использованием метода последовательных приближений.
На основе разработанной нами программы 8Р08в833, позволяющей учесть в расчете ряд горно-геологических условий, произведен расчет всех возможных поверхностей ослабления по борту. Выполненный анализ устойчивости южного борта карьера «Николаевский» показал, что наиболее напряженный участок в геоме-ханическом отношении находится в нижней части борта между гор. -58,0 м и гор. +178,0 м (рисунок). Здесь с учетом благоприятной круглой формы карьера нормативный коэффициент запаса устойчивости (п = 1,3) обеспечивается за счет дополнительного сопротивления смещению призмы обрушения, создаваемого силами бокового распора. С гор. +237,0 м из-за уменьшения угла наклона верхней части борта до 20° происходит рост степени устойчивости борта выше нормативного. В связи, с чем для рациональной доработки карьера имеется техническая возможность разместить на этих участках отвалы вскрышных пород при условии обеспечения коэффициента запаса устойчивости пригруженного борта в целом более 1,3.
Параметры внутреннего отвала приняты согласно [3] и на основе расчетов для системы борт-отвал. Исходя из горно-
Южный борт карьера «Николаевский» Разрез 1-1
9000 8800
ЮГ
Условные обозначения
* • ^"1 Липаритовые порфиры
Туфы кислого состава среднеобломочные
а «у*
у.)
Фп*л
Шшй
« *>
# в « е
1
Туфы кислого состава глыбовые
Липаритовые порфиры Запада
Диабазовые порфиры
Глинистые алевролиты
Известково-глинистые
алевролиты
Андезито-базадьтовые
порфиры
Андезиго-дацитовые
порфиры
Тектонические наруше ния
Руда
Внутренний отвал
технических условий карьера нижний ярус внутреннего отвала рекомендуется формировать с гор. +302,0 м, его нижняя бровка должна располагаться не ближе 20 м к верхней бровке гор. +261,0 м. Высота яруса не должна превышать 50 м. В основании яруса необходимо отсыпать камнеулавливающий вал. Верхний ярус формируется с гор. +340,0 м и согласно расчетов должен отстоять от нижнего не менее чем на 25 м.
Контрольный расчет устойчивости борта, пригруженного внутренним отвалом показал, что наиболее опасная
1. Расширенная аннотация «Производство наблюдений и оценка влияния природных и техногенных факторов на устойчивость бортов Николаевского карьера с учетом его реконструкции», ВНИИцветмет, 2000г.
2. Шпаков П. С. Маркшейдерское обоснование геомеханических моделей и разработка численно-
поверхность скольжения проходит по согласно падающим аргиллитам и контакту их с диабазовыми порфирами. Прочность по контакту принята согласно отчета ВНИИцветмет (1995 г.) - сцепление - 2 т/м2, угол внутрен-него трения 19°. Минимальный коэффициент запаса устойчивости составляет п = 1,3.
Предложенная методика конструирования устойчивых бортов карьеров при их доработке с формированием отвалов внутри карьерного поля может быть использована и на других карьерах.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
аналитических способов расчета устойчивости карьерных откосов: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М.: 1988. - 40 с.
3. Отчет «Исследование и выбор оптимальных параметров отвалов горных пород на Николаевском карьере», ВНИИцветмет, 1981.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------
Шпаков П.С. - профессор, доктор технических наук, Муромский институт Владивостокского государственного университета,
Низаметдинов Ф.К. - профессор, доктор технических наук, Карагандинский государственный технический университет,
Ожигин С.Г. - доцент, кандидат технических наук, Карагандинский государственный технический университет,
Ожигина С.Б. - инженер, Карагандинский государственный технический университет,
Шпакова А.П. - студентка, Муромский институт Владивостокского государственного университета.
--------------------------------------------------------- ИНФОРМАЦИЯ
В Горном информационно-аналитическом бюллетене № 3, 2005 г. на с. 96 в статье
«Проблема анкерного крепления горных выработок угольных шахт» сведения об авторе A.C. Янаке напечатаны ошибочно. Автор статьи - Янак Александр Ефимович - горный инженер, соискатель кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» Московского государственного горного университета.
-------Ф
Ъ-------
