CC BY
277
УДК 622.271.333 А.Н. Каюмова
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БОРТОВ ТЕЙСКОГО КАРЬЕРА С УЧЕТОМ ФАКТОРА КАМНЕПАДА
Проведены исследования главных параметров карьера с учетом фактора камнепада на примере Тейского карьера. Установлено, что для обеспечения безопасности горных работ в карьере ширины предохранительной бермы недостаточно для улавливания всех камней, необходимы дополнительные мероприятия.
Ключевые слова: геодинамическое движение, массив горных пород, криповое движение, квазипериодическое движение.
Семинар № 12
ТУ процессе отработки Тейского карьера и постановки борта в предельное положение возникла необходимость обосновывать ширину предохранительной берм с учетом траектории движения кусков породы и камней. Главная функция предохранительной бермы - защита нижележащих горизонтов от камнепада. Для этого ширина предохранительной бермы должна быть достаточной для обеспечения безопасности горного оборудования и людей. Расчеты улавливающей способности предохранительной бермы произведены при помощи компьютерной программы моделирования процесса камнепада <^ОХ1М», предоставляющей возможности моделирования камнепада с учетом физикомеханических свойств этого месторождения и параметров разработки месторождения полезного ископаемого [1].
По проекту разработки Тейского карьера предельный угол погашения борта составляет 41—43°. По геомеха-ническим критериям оценки параметров для доработки карьера рассматривались варианты конструкции борта карьера (рис. 1).
Вариант 1: Н = 30 м, а = 70°, Ь = = 8
м,
Вариант 2: Н = 45 м, а = 70°, Ь = = 8
м.
Модели процесса камнепада соответствовали предложенным вариантами и представляли собой уступы с высотой 30 м и 45 м, углами наклона 70° и, соответственно, бермой 8м.
Кроме основных параметров конструкции борта, в модели необходимо задать и другие определяющие факторы, такие как: свойства горных пород, начальные условия, количество и форма камней, движущихся по откосу, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные, необходимые для моделирования
Вид исходного параметра
Показатель
Объемный вес пород в массиве Коэффициент крепости (по Протодьяконову)
Количество камней Форма камней (рис. 2)
Поперечный размер формы камней (рис. 2)
Первоначальная скорость движения камней
Коэффициент восстановления нормальной составляющей скорости камня после удара о поверхность уступа
Коэффициент мгновенного трения камня при ударе о поверхность уступа Коэффициент трения качения при движении камня Параметры неровности поверхности откоса (рис. 3): длина волны амплитуда Характер движения
2,7 т/м 8—10 100 штук Двойной конус 0,2 - 0,3 м 0 м/с 0,3
0,9
0,2
0,8—1 м 0,3—0,5 м качение
Рис. 1. Основные параметры уступа: Н - высота уступа, а - угол заоткоски уступа, Ь - ширина бермы
Рис. 2. Форма обрушающихся породных блоков (камней), принятая в компьютерной модели камнепада
Рис. 3. Определение параметров неровности поверхности уступа
Проведенными исследованиями установлен характер изменения основных параметров движения камней по поверхности горизонтальной бермы, таких как скорость движения камней и геометрические элементы траектории движения камней. Полученные результаты сведены в табл. 2.
В результате исследований получены гистограммы распределения камней на поверхности бермы, которые дают представление об улавливающей способно-
сти предохранительной бермы. В случае уступов, высотой 30 м, улавливается 11 % всех камней, скатывающихся по поверхности уступа, остальные продолжают скачкообразное движение по поверхности нижележащего откоса. Высота скачков на конце бермы для уступов высотой 30 м достигает 0, 03 м, а для ус-
тупов высотой 45 м 0,025 м. Скорость движения камней по поверхности горизонтальной бермы уменьшается. Для уступов, высотой 30 м в начале бермы скорость движения камней — 12-20 м/с, в конце бермы 6-10 м/с. Для уступов высотой 45 м, соответственно, 20-25 м/с в начале бермы, 8-13 м/с в конце бермы.
Берма частично выполняет свою функцию - защиту нижележащих горизонтов от камнепада. С одной стороны, горизонтальная берма снижает скорость движения камней, и часть камней прекращают движение, останавливаясь на берме, с другой стороны ширины предохранительной бермы недостаточно для улавливания всех камней. Данные исследований показывают, что для уступов высотой 30 м, ширина бермы 8 м, позволяет
улавливать 11 % камней, а для уступов высотой 45 м берма не улавливает ни одного камня, все камни продолжают свое движение по наклонной поверхности нижележащего уступа и далее по поверхности бермы. Исследованиями установлено, что дальность полета некоторых камней может достигать 40-50 м от нижней бровки уступа.
Таким образом, заданной ширины предохранительной бермы - 8 метров,
Таблица 2
Параметры камнепада при различных вариантах конструкции борта карьера
Параметры борта, соответственно: высота уступа Н; угол заот-коски а; ширина бермы А Параметр камнепада
Скорость камня при выходе на берму / на краю бермы, м/с Скорость камня при выходе на краю бермы, м/с Максимальная высота отскока при достижении камнем края бермы, м
Вариант 1: Н=30м; а= 70о; Ь=8м 12 — 20 6-10 0,03
Вариант 2: Н= 45м; а= 70о; Ь = 8м 20-25 8-13 0,025
Таблица 3
Достоинства и недостатки применяемых методов защиты от камнепада
Наименование мероприятия Достоинства Недостатки
Расширение берм нет трудоемкость, большие экономические затраты
Профилактическая очистка откосов от неустойчивых скальных пород можно проводить работы «своими силами», своевременное предотвращение вывалов видимых неустойчивых блоков трудоемкость проводить работы нужно постоянно
Применение укрепительных мероприятий 100 % защита от камнепада значительные экономические затраты, привлечение сторонних организаций для работ
Применение защитных мероприятий хорошая защита от камнепада, незначительные экономические затраты, можно проводить работы «своими силами» привлечение сторонних организаций для расчета траекторий движения камней и для проектирования камнезащитных сооружений
недостаточно для 100 % защиты
Высота уступа.
10
20
30
40
50
60
Дальность полета камней, м
Рис. 4. Траектория движения камней по уступам с параметрами Н=30м; а= 70°; Ь=8 м с предохранительным забором высотой 1 м
I
Дальность полета камней, м Рис. 5. Траектория движения камней по уступам с параметрами Н= 45м; а= 70о; Ь=8 м с предохранительным забором высотой 1,5 м
от камнепада. Безопасность при ведении горных работ на нижних горизонтах можно обеспечить различными способами:
• расширением берм,
• профилактической очисткой откосов от неустойчивых скальных пород,
• применением укрепительных мероприятий: торкретирование, цементация откосов, закрепление неустойчивых скальных блоков анкерами, штангами или металлическими сетками, инъекция в трещиноватые скальные породы цементирующих веществ;
• применение защитных мероприятий: улавливающие стены, заборы,
сетки, рвы, траншеи, валы.
Достоинства и недостатки вышеперечисленных мероприятий приведены в табл. 3. На горных предприятиях применяются все мероприятия.
Для обеспечения безопасности при ведении горных работ в карьере компьютерная программа моделирования камнепада ROXIM предоставляет возможность не только наглядно представить изображения траекторий движения камней, применительно к заданным условиям карьера, но и смоделировать защитные сооружения на берме, такие как предохранительный вал или забор, а также оценить их улавливающую способность [1]. В результате исследований при помощи компьютерного моделирования для уступов высотой 30 и 45 м рассчитывалась высота предохранительного забора, обладающего рядом преимуществ: простота конструкции, малые объемы и занимаемая площадь. Высоты забора -1 м для уступов высотой 30 м и углом наклона 70 градусов достаточно, чтобы задержать 95 % камней, остальные 5 % полностью улавливаются предохранительным забором на нижележащем горизонте (рис. 4). Для уступов
высотой 45 м для 95 % улавливания камней высоты забора 1,5 м будет достаточно (рис. 5).
На практике для защиты нижележащих горизонтов от камнепада широко применяется сооружение предохранительных валов, это менее трудоемко и требует меньше затрат. С помощью компьютерного моделирования проведены исследования движения камней по уступам с предохранительным валом. Моделирование камнепада на уступах высотой 30 м с сооружением предохранительного вала позволяет оценить параметры и конструкцию вала. Для уступов высотой 30 м проведены серии экспериментов: варьировалась высота уступа от 1,5 м до 2 м с интервалом 0, 5 м. Исследованиями на компьютерной модели камнепада получены траектории движения камней по уступу высотой 30 м с сооружением предохранительного вала, высотой 2 м (рис. 6). Для оценки улавливающей способности бермы представлены гистограммы распределения камней по поверхности бермы (рис. 7). Таким образом, предохранительный вал высотой 2 м удерживает более 80 % всех камней, обеспечивая безопасность горных работ на нижележащих горизонтах. Предохранительный вала высотой 1,5 м задерживает только 50 % всех камней.
Для уступов высотой 45 метров высота предохранительного вала, достаточная для улавливания 75 % камней, достигла 3 метров. Для размещения такого вала необходимо 6-8 метров. Поэтому, для узких берм, не позволяющих разместить предохранительный вал достаточной ширины, ре комендуется устройство щебеночной
