CC BY
12
5. Her-Yuan C., Hidayati D. T., Teufel, L. W. Estimation of Permeabil-ity Anisotro-py and Stress Anisotropy From Interference Testing // Society of Petroleum Engineers — New Mexico Institute of Mining and Technology. 1998. P. 1-10.
6. Belozerov V. B., brylina N. A., Danenberg E. E. geological structure and oil and gas potential of the upper Jurassic-lower Cretaceous deposits of the South-East of the West Siberian plate // Publishing house of the TPU. Tomsk, 2006. 291 p.
7. Pankov V. N., Sukhanova O. N., Paraeva S. A. Features of Geology and development of the krapivinsky field // Oil industry. - Moscow, 2006. no. 8. Pp. 68-72.
8. Chernova O. S., Zhukovskaya E. A. Biostratigraphic characteristics of deposits of the Yu-1 horizon of the krapivinsky oil field // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. 2010. Vol. 317, No. 1: earth Sciences, Pp. 122-127.
9. Chernova O. S. Scientific bases of construction of geostatic models and geometri-zation of Jurassic-Cretaceous natural reservoirs of Western Siberia on the basis of petrophysi-cal and sedimentological core studies: dis. ... doctor of geological Sciences / national research Tomsk Polytechnic University. Tomsk, 2018. 522 p.
10. Pankov M. V., Belozerov V. B., Mangazeev P. V. Analysis Of the development of the krapivinsky oil field // Center for professional retraining of oil and gas specialists: report. Tomsk, 2004. 425s.
УДК 622.271:627.421.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ
ГЕОРЕСУРСОВ
О.В. Зотеев, Т. С. Кравчук, И.А. Пыталев, В.В. Якшина
Выявлены перспективные направления применения габионных конструкций, способных обеспечить реализацию комплексного освоения участка недр Земли при использовании пород вскрыши для создания техногенной емкости. Рассмотрены конструкционные и технологические решения, направленные на повышение эффективности отработки балансовых запасов месторождения за счет своевременного целенаправленного формирования техногенного георесурса. Представлена методика расчета внешней устойчивости габионных конструкций.
Ключевые слова: горнотехническая система, габионы, откос, техногенный георесурс, ограждающая дамба, техногенная емкость.
На сегодняшний день эффективность развития горнодобывающей отрасли зависит от возможности обеспечения комплексного освоения участка недр Земли, включающее не только отработку балансовых запасов, но и возможности целенаправленного формирования техногенного георесурса для дальнейшего его использования, в том числе и при непосредственном ведении добычных работ. Однако общемировая тенденция снижения качества полезных ископаемых, истощение минерально-сырьевой базы, усложнение горнотехнических условий и одновременный рост спроса на металл неизбежно ведут к вовлечению в разработку месторождений с
низким содержанием полезного компонента, что является наиболее характерным для золоторудной промышленности. Разработка таких месторождений характеризуется высоким коэффициентом вскрыши, сложностью ведения открытых горных работ и, как следствие, значительными объемами вскрышных пород и отходов обогатительного производства. Вовлечение в разработку месторождений полезных ископаемых с низким содержанием полезных компонентов требует создания новых технологических и констукционных решений, обеспечивающих минимизацию затрат на добычу и переработку руды с целью повышения эффективности горнодобывающего предприятия при обеспечении мероприятий по защите окружающей среды, сокращению земель, нарушенных горными работами.
Одним из основных вопросов на горнодобывающих предприятиях является поиск земель для размещения хвостов обогащения. В настоящее время практически повсеместно эксплуатируются хвостохранилища, дамбы которых формируются традиционными способами с использованием пород вскрыши либо текущих хвостов. Наиболее распространенными являются намывные хвостохранилища, у которых результирующие углы низовых откосов дамб в редких случаях превышают 10°, что ведет к потребности в значительных площадях земель.
При этом для укрепления берегов и дамб, а также для террасирования участков дорог широкое применение нашли габионные конструкции (рис. 1), применение которых перспективно при ведении открытых горных работ и формировании ограждающих дам хвостохранилища.
Рис. 1. Габионные конструкции для укрепления откоса дороги
Габионные конструкции представляет собой контейнеры, выполненные из металлической оцинкованной сетки, имеющей шестигранные звенья с двойным кручением и заполненные горной породой. Для прида-
ния прочности каркас габионного сооружения оснащают арматурой или другими металлическими прутьями.
Габионные конструкции могут иметь различные размеры и форму (рис.2).
а б в
Рис.2. Конструктивные схемы габионов: а - коробчатые; б - цилиндрические; в - матрацно-тюфячные
В зависимости от высоты ящика коробчатые габионы подразделяются на высокие (от 0,5 до 1,0 м) и низкие (от 0,17 до 0,30 м - матрасы Рено). Габионы могут быть разделены на ячейки путем введения диафрагм, которые упрочняют конструкцию и облегчают работы по монтажу и эксплуатации таких сооружений. Проволока для изготовления габионов имеет цинковое покрытие 0,240...0,290 кг/м , предел прочности 380...500 МПа; ее относительное удлинение составляет менее 12 %. При устройстве га-бионных сооружений в особо коррозионной среде используются габионы с поливинил-хлоридным покрытием. Данная конструкция направлена на обеспечение защиты гидротехнических сооружений и дорог от оползней и других разрушительных процессов, вызванных действиями природных факторов.
Согласно требованиям [1] для заполнения габионных конструкций используется природный или искусственный каменный материал, обладающий необходимой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью, получаемый дроблением изверженных, осадочных и метаморфических горных пород. На наиболее ответственных сооружениях предпочтительно использовать каменные материалы изверженных (базальт, гранит, диабаз, диорит и т.п.) и метаморфических пород. Допускается использование местного каменного материала с соответствующими характеристиками.
Требуемая средняя плотность каменного материала для габионных конструкций рекомендуется не менее 2300 кг/м .
Укладка камня в габион должна обеспечивать насыпную плотность каменного материала не менее 1750 кг/м с пористостью п = 0,2. 0,40. При проектировании также необходимо учитывать возможность частичного
самоуплотнения материала наполнения габионных конструкций под действием вертикальных нагрузок, для этого объем каменного материала следует увеличивать на 5 % сверх расчетного объема.
Максимальный размер камня для коробчатых и цилиндрических габионов следует принимать не более 250 мм.
Исходя из анализа требований к габионным конструкциям следует констатировать, что вскрышные породы большинства золоторудных месторождений полностью подходят для их использования в габионах.
Приведены варианты применения габионных конструкций и сооружений при ведении открытых горных работ:
- укрепление откосов отвалов, верхних уступов карьера и верхового откоса ограждающей дамбы;
- устройство земляного полотна, съездов транспортных развязок движения и других дорожных сооружений в стесненных условиях и близкорасположенных подземных коммуникаций;
- усиление и стабилизация эксплуатируемых деформирующихся насыпей, а также укрепление крутых склонов (откосов);
- устройство водоотводных, водопропускных, водобойных и очистных сооружений, а также подводящих, отводящих и канализируемых русел;
- реконструкция автомобильных дорог;
- увеличение емкости отвалов и хвостохранилищ наливного типа.
К основным рекомендуемым типам габионных стен, используемых в качестве подпорных сооружений (рис. 3), относятся массивно-объемные и армогрунтовые стены.
Рис. 3. Виды подпорных стен из габионных конструкций: а - массивно-объемная стена с вертикальной лицевой гранью; б - армогрунтовая стена со ступенчатой лицевой гранью; 1 - защищаемая дорога; 2 - габионные конструкции; 3 - армирующие панели
Согласно проведенному анализу применения конструкций габионов, в условиях совмещения работ по добыче полезных ископаемых и формированию техногенного ресурса в виде приемной емкости, для размещения хвостов обогащения предпочтительной является коробчатая форма габионов.
Проверка внешней устойчивости габионных подпорных стен (рис. 4) включает в себя расчет:
- общей устойчивости сооружения с прилегающим склоном или откосом по круглоцилиндрическим или ломаным поверхностям скольжения;
- устойчивости на сдвиг;
- устойчивости на опрокидывание;
- несущей способности основания.
Основные положения условий проверки габионных конструкций, представленных на рис. 4, подробно описаны в [1-3].
Щ. б)
шт
Рис.4. Возможные схемы разрушения армогрунтовой габионной стены а - нарушение общей устойчивости; б - нарушение несущей способности основания; в - сдвиг; г - опрокидывание; д - внутреннее разрушение
В соответствии с имеющимся опытом высота массивно-объемных габионных стен не должна превышать 7.8 м. В случае, если необходимо
выполнить более высокую подпорную стену, следует предусматривать устройство промежуточных берм, ширина которых должна быть не менее 3 м, или использовать габионные стены с армирующей панелью [1].
Поскольку габионные конструкции применяются в стесненных условиях в дорожном строительстве и имеют положительный опыт эксплуатации, их использование при возведении горнотехнических сооружений представляется возможным в качестве подпорных стенок для укрепления откосов. Авторами статьи была сделана попытка установить область возможного применения габионных конструкций для укрепления откосов ограждающих дамб хвостохранилищ. Для этого потребовалось определить необходимые параметры габионных конструкций для сохранения устойчивости дамбы.
Расчет устойчивости подпорной стенки достаточно подробно описан в [1-3]. Применительно к рассматриваемой области (отсыпка отвалов в стесненных условиях, а также формирование ограждающих дамб наливных хвостохранилищ) следует отметить, что отсыпка любого сооружения происходит под углом естественного откоса, который практически независимо от отвальной массы, составляет 34...380. Устойчивость же откоса определяется углом внутреннего трения покоя и сцепления грунта, т.е., как правило, геомеханически достижимый угол откоса выше, чем угол естественного откоса.
Исключением является отсыпка насыпей на слабое основание (контактные и подподошвенные оползни), когда для обеспечения устойчивости отвала или дамбы приходится вести их отсыпку ярусами с оставлением между ними берм, снижающих генеральный угол откоса. Естественно, что в этом случае повышение генерального угла отвала (дамбы) с помощью габионных или иных конструкций представляется бесперспективным. При сооружении же насыпей из скальной наброски (секущий угол трения такой наброски достигает 500 и более) на прочном основании применение подпорных стенок представляет интерес.
Общая схема расчета устойчивости насыпи с увеличенным генеральным углом откоса выглядит следующим образом:
1. С учетом свойств пород основания и отвальной массы рассчитывается генеральный угол откоса, обеспечивающий устойчивость насыпи.
2. Если этот угол превышает угол естественного откоса, производится деление насыпи на ярусы, каждый из которых будет ограничиваться подпорной стенкой (рис. 5). При этом откосу может придаваться как плоский, так и выпуклый или вогнутый профиль. Высота ярусов будет определяться выбранной формой откоса насыпи (каждый из ярусов отсыпается под углом естественного откоса 34...380).
3. Между ярусами оставляется берма не менее ширины призмы возможного обрушения [1 - 3].
Рис. 5. Варианты формирования откоса с генеральным углом, превышающим угол естественного откоса
Исходя из вышеизложенного для условий Восточно-Семеновского месторождения были рассчитаны параметры каменнонабросной дамбы проектируемого хвостохранилища (табл. 1, рис. 6, 7).
Таблица 1
Результаты определения средней ширины подпорной габионной стенки дамбы хвостохранилища Восточно-Семеновского
месторождения
Высота дамбы, м Физико-механические свойства пород дамбы Физико-механические свойства пород габиона Коэффициент запаса устойчивости Ширина призмы потенциального обрушения, м Средняя ширина подпорной стенки, м
«е Ф Уп.г. <Рг. К3у Ь d
8 2,3 35 36 2,75 51,7 1 4,5 3
10 2,3 35 36 2,75 51,7 1 5,6 4,2
50 2,3 35 36 2,75 51,7 1 28 21,0
а б
высотой 8 м для условий хвостохранилища Восточно-Семеновского месторождения: а - дамба из рыхлых пород вскрыши; б - дамба из скальных пород вскрыши
Рис. 7. Конструкция подпорной габионной стены ограждающей дамбы высотой 50м для условий Восточно-Семеновского месторождения
При этом путем обратных расчетов было получено соотношение для экспресс-оценки средней ширины габионной стенки:
"=2 *НЯФ w • (1)
2- Уп.Г. ■ ^Фг ■ COS ae
где Кзу - коэффициент запаса устойчивости; Н д - высота дамбы, м; Yп д - плотность пород дамбы, кг/м ; уп д - плотность пород габиона, кг/м3; <рг - угол трения между породами основания и подпорной стенкой, град; ае - угол откоса дамбы или отвала, град.
Анализ полученных конструкций показал, что габионные стенки в условиях Восточно-Семеновского месторождения, где скальные породы перекрыты мощным чехлом (до 7 м и более) суглинистых отложений, целесообразно использовать подпорные стенки для дамб, сформированных из рыхлых пород и имеющих небольшую высоту. При высоте дамбы более 20 м результирующий угол откоса габионной конструкции становится пологим и затраты, связанные с сооружением такой удерживающей стены, экономически не целесообразны.
Список литературы
1. ОДМ 218.2.049-2015 Рекомендации по проектированию и строительству габионных конструкций на автомобильных дорогах. ООО "НТЦ ГеоПроект", 2015.
2. Механика грунтов, основания и фундаменты / С.Б. Ухов [и др.]: учеб. пособие для строит. вузов / под ред. С.Б. Ухова. М.: Высшая школа, 2007. 566 с.
3. Проектирование подпорных стен и стен подвалов // Центр. науч.-исслед. и проект, ин-т пром. зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1990.
104 с.
4. Специальные технические условия (СТУ) использования продукта сгущения хвостов обогатительной фабрики при горнотехнической рекультивации карьеров № 1-3 АО «Гайский ГОК» // ЗАО «ПТУР», ЗАО «Маггеоэксперт», 2015.
5. СП 103.13330.2012 - Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод: актуализированная редакция СНиП 2.06.14-85.
6. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых»: зарегистрировано в Минюсте России 02.07.2014 №32935.
7. Пособие по проектированию гидравлического транспорта (к СНиП 2.05.07-85) // Промтрансниипроект. М.: Стройиздат, 1988. С. 40.
8. Инструментальные наблюдения за сохранностью зданий и сооружений в зоне влияния подземных и открытых горных работ: отчет о НИР // ОАО «Уралмеханобр». Рук. П.В. Кольцов. Екатеринбург, 2012.
9. Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки. М.: Недра, 1973. 240 с.
10. Рекультивация карьера «Учалинский» с использованием сгущенных отходов обогащения / В.Н. Калмыков [и др.] // Сб. науч. тр. I Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». Екатеринбург, 2012. 74-76 с.
11. Опытно-промышленные испытания технологии закладки выработанного пространства учалинского карьера отходами обогатительного передела / В.Н. Калмыков [и др.] // Известия вузов. Горный журнал. 2013. №7. 4 - 9 с.
12. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85* (с изменением №1). М.: Госстрой России, 2013 г.
13. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. С.-Пб: ВНИМИ, 1998. С. 207.
14. Sadeghiyan R., Hashemi M., Moloudi E. Determination of longitudinal convergence profile considering effect of soil strength parameters // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016. V. 82. 10-21 p.
Зотеев Олег Вадимович, д-р техн. наук, проф., вед. науч. сотрудник, zoteev. o@mail. ru,Россия, Екатеринбург, ИГД УрО РАН,
Кравчук Татьяна Сергеевна, кан. техн. наук, fit.1311@,mail.ru, Россия, Челябинск, Южно-Уральский государственный университет им. Г.И. Носова,
Пыталев Иван Алексеевич, кан. техн. наук, проф., pytalev_ivan@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Якшина Виктория Владимировна, асп., v. v.yakshina@inbox. ru, Россия, Магни-тогорск,Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
STUDY OF THE POSSIBILITY OF USING GABION STRUCTURES IN THE COMPLEX
DEVELOPMENT OF MINING SYSTEMS
O. V. Zoteev, I.A. Pytalev, T.S. Kravchuk, V.V. Yakshina
Promising areas of application of gabion structures that can ensure the implementation of integrated development of the earth's subsurface area when using overburden rocks to create a man-made capacity are identified. Structural and technological solutions aimed at improving the efficiency of working off the balance reserves of the field due to the timely targeted formation of technogenic geo-resources are considered. A method for calculating the external stability of gabion structures is presented.
Key words: mining system, gabions, slope, technogenic geo-resource, enclosing dam, technogenic capacity.
Zoteev Oleg Vadimovich, doctor of technical science, professor leading researcher, zoteev. oamail. ru,Russia, Yekaterinburg, IMA UD RAS,
Kravchuk Tatyana Sergeevna, candidate of technical science,fit. I3llamail.ru, Russia, Chelyabinsk, FSAEI HE "South Ural state University" (NRU),
Pytalev Ivan Alexeyevich, doctor of technical science, professor, pytalev_ivan@mail. ru, Russia, Magnitogorsk, FSBEI HE "Nosov Magnitogorsk State Technical University",
Yakshina Viktoria Vladimirovna, postgraduate, v. v.yakshinaainbox. ru, Russia, Magnitogorsk, FSBEI HE "Nosov Magnitogorsk State Technical University"
Reference
1. ODM 218.2.049-2015 Recommendations for the design and construction of gabion structures on highways. LLC "STC geoproekt", 2015.
2. soil Mechanics, foundations and foundations / S. B. Ukhov [et al.]: textbook. A Handbook for building. higher education institutions / ed. By S. B. Ukhov. M.: Higher school, 2007. 566 p.
3. Design of retaining walls and basement walls / / Center. n. I. project, in-t prom. buildings and structures, Moscow: Stroyizdat, 1990, 104 p. (On the right. manual to the SNiP).
4. Special technical conditions (STU) for using the product of thickening tailings of the processing plant for mining and technical recultivation of quarries No. 1-3 of JSC "Gaisky GOK" // CJSC "atur", CJSC "Maggeoexpert", 2015.
5. SP 103.13330.2012- Protection of mine workings from underground and surface waters. Updated version of SNiP 2.06.14-85.
6. Federal rules and regulations in the field of industrial safety "safety Rules for mining and processing of solid minerals "" Registered in the Ministry of justice of the Russian Federation 02.07.2014 No. 32935.
7. Manual for designing hydraulic transport (to SNiP 2.05.07-85) // Promtrans-niiproekt. M.: Stroyizdat, 1988. P. 40.
8. Instrumental observations of the safety of buildings and structures in the zone of influence of underground and open-pit mining: Research reports // JSC "uralmekhanobr". Hands. Koltsov P. V. Yekaterinburg, 2012.
9. Kalmykov E. P. Fight against sudden water breakouts in mine workings. Moscow:
Nedra, 1973. 240 p.
10. Recultivation of the Uchalinsky quarry using compressed enrichment waste / V. N. Kalmykov [et al.] // SB. nauch. Tr.I mezhdunar. scientific and technical Conf. "Innovative geotechnologies in the development of ore and non-metallic deposits". Yekaterinburg, 2012. 74-76 p.
11. Zoteev O. V., Zubkov An. A., Gogotin A. A., Zubkov A. A. Experimental and industrial tests of the technology for laying the developed space of the Uchalinsky quarry with waste from processing processing / V. N. Kalmykov [et al.] // Izvestiya vuzov. Mining journal. 2013. No. 7. 4-9 p.
12. SP 34.13330.2012. Motor road. Updated version of SNiP 2.05.02-85* (with change № 1). Moscow: Gosstroy of Russia, 2013.
13. Rules to ensure slope stability in open pit coal mines. S.-Pb, VNIMI, 1998. P.
207.
14. Sadeghiyan R., Hashemi M., Moloudi E. Determination of longitudinal convergence profile considering the effect of soil strength parameters // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016. Vol. 82. 10-21 p.
УДК 658.562
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИЧИН ДЕФЕКТНОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
О.В. Пантюхин, С.А. Васин
Приведены результаты исследований причин возникновения дефектов при производстве стальных тонкостенных изделий ответственного назначения, изготавливаемых для отраслей машиностроения и горной промышленности. Предложены меры по устранению дефектов изделий.
Ключевые слова: технологический процесс, контроль качества, история качества, дефект, выборка, вытяжка.
В ряде отраслей машиностроения и горной промышленности применяются стальные тонкостенные цилиндрические изделия ответственного назначения. Технологический процесс их изготовления на прессовом оборудовании и автоматических роторных линиях включает такие формоизменяющие операции, как вырубка рондоли, свертка, вытяжка, обрезка, а также ряд промежуточных операций термического и химического воздействия на полуфабрикат изделия [1].
На каждой операции в процессе статистического выборочного контроля выявляются изделия с различными видами дефектов. В первую очередь, речь идет о дефектах геометрии полуфабрикатов и менее значительных внешних дефектах (царапины, задиры и др.).
