Исследование зависимостей предельной высоты откоса на слабом наклонном основании от сцепления пород массива и геометрических параметров слабого слоя для условий Качарского месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

----------------------------------------- © П.С.Шпаков, В.Н. Долгоносов,

С.Г. Ожигин, М.В. Шпакова,

2010

УДК 622.1:622.271

П. С.Шпаков, В.Н. Долгоносов, С.Г. Ожигин,

М.В. Шпакова

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПРЕДЕЛЬНОЙ ВЫСОТЫ ОТКОСА НА СЛАБОМ НАКЛОННОМ ОСНОВАНИИ ОТ СЦЕПЛЕНИЯ ПОРОД МАССИВА И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЛАБОГО СЛОЯ ДЛЯ УСЛОВИЙКАЧАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Для условий Канарского месторождения выполнены расчеты предельной высоты откоса на слабом наклонном основании при переменных прочностных характеристиках массива, углах наклона и мощности слабого слоя. Полученные графики и аналитические выражения позволяют оперативно принимать решения по назначению параметров устойчивых откосов.

Ключевые слова: геометрические параметры откоса, Качарское месторождение, устойчивость откосов.

Семинар № 2

А налитический и численно-,/ж.аналитический способы расчета устойчивости откосов открывают широкие перспективы для исследования взаимосвязей между различными параметрами откоса и коэффициентом запаса устойчивости.

Разработанное программное обеспечение позволяет за короткий промежуток времени получить десятки и сотни решений при изменении геометрических параметров откоса и прочностных характеристик массива. В результате выполнения статистического анализа полученных результатов получим качественные и количественные взаимосвязи между исследуемыми параметрами.

Для условий Качарского месторождения выполнены расчеты предельной высоты откоса на слабом наклонном основании при переменных прочностных характеристиках массива, углах наклона и мощности слабого слоя.

Результаты расчетов предельной высоты откоса при изменении сцепления и угла наклона слабого основания для фиксированных значений мощности приведены в табл. 1 и 2, а соответствующие графики функций Нпр = ^к, Р) - на рис. 1 и 2.

Графики Нпр = ^к, Р) для т = 0 представлены на рис. 1.

Графики Нпр = ^к, Р) для т = 1м

представлены на рис. 2.

Результаты расчетов предельной высоты откоса при изменении сцепления и мощности слабого основания для условий Качарского месторождения приведены в табл. 3-8, графики - на рис. 3-8.

Для мощности слабого слоя т=1 м выполнена линейная аппроксимация расчетных данных. Коэффициент корреляции равен единице, что свидетельствует о наличии функциональной зависимости Нпр = ^к).

к, т/м2 Н, м

р=0" Р=2" Р=4" р=6" Р=8" р=10"

0,8 6,75 6,73 6,72 6,72 6,76 6,85

1,15 8,85 8,7 8,56 8,44 8,35 8,3

1,5 10,87 10,6 10,33 10,07 9,84 9,65

1,85 12,86 12,46 12,06 11,66 11,29 10,96

2,2 14,83 14,3 13,76 13,23 12,72 12,25

2,55 16,78 16,12 15,45 14,78 14,13 13,51

2,9 18,73 17,94 17,13 16,32 15,53 14,76

3,25 20,67 19,74 18,8 17,85 16,91 16

3,6 22,6 21,55 20,47 19,38 18,3 17,24

3,95 24,54 23,35 22,13 20,9 19,67 18,46

4,3 26,47 25,15 23,8 22,42 21,05 19,69

-е-р = 0

в = 2

-А-Р = 4

-*-в = 6

в = 8

в = 10

0,5 1,5 2,5 3,5 4,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12° ;т = 0;к' = 0,5т/м2 (0,005МПа );у = 1,8т/м3

Рис. 1. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива и угла наклона слабого слоя при т = 0

к, т/м2 Нпр, м

р=0" Р=2" в=4° р=6° Р=8° р=10°

0,8 5,14 5 4,84 4,68 4,52 4,35

1,15 6,96 6,68 6,4 6,09 5,78 5,45

1,5 8,82 8,41 7,98 7,53 7,06 6,57

1,85 10,7 10,15 9,58 8,98 8,35 7,7

2,2 12,58 11,91 11,19 10,44 9,66 8,84

2,55 14,48 13,67 12,81 11,91 10,97 9,98

2,9 16,38 15,43 14,43 13,39 12,29 11,14

3,25 18,28 17,2 16,06 14,87 13,62 12,3

3,6 20,19 18,97 17,69 16,35 14,94 13,46

3,95 22,1 20,74 19,32 17,84 16,28 14,63

4,3 24 22,52 20,96 19,32 17,61 15,79

“♦“Р = 0

Р = 2

Р = 4

Р = 6

Р = 8

Р = 10

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12° ;т = 1;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 1,8 т/м3

Рис. 2. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива и угла наклона слабого слоя при т = 1 м

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,75 5,98 5,14 4,20

1,15 8,85 7,95 6,96 5,83

1,50 10,87 9,89 8,82 7,60

1,85 12,86 11,82 10,70 9,44

2,20 14,83 13,75 12,58 11,30

2,55 16,78 15,67 14,48 13,18

2,90 18,73 17,59 16,38 15,07

3,25 20,67 19,51 18,28 16,96

3,60 22,60 21,43 20,19 18,86

3,95 24,54 23,35 22,10 20,77

4,30 26,47 25,27 24,00 22,67

т = 0 т = 0,5

т = 1 т = 1,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12°; р = 0;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 1,8 т/м3

Рис. 3. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=0°

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,73 5,89 5,00 4,03

1,15 8,70 7,74 6,68 5,49

1,50 10,6 9,55 8,41 7,12

1,85 12,46 11,35 10,15 8,82

2,20 14,30 13,15 11,91 10,54

2,55 16,12 14,94 13,67 12,28

2,90 17,94 16,72 15,43 14,03

3,25 19,74 18,51 17,20 15,79

3,60 21,55 20,30 18,97 17,55

3,95 23,35 22,08 20,74 19,32

4,30 25,15 23,87 22,52 21,09

“♦-т = 0 т = 0,5 т = 1

т = 1,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12° ;р = 2;к' = 0,5т/м2 (0,005МПа) \у = 1,8т/м3

Рис. 4. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=2°

Таблица 5

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,72 5,81 4,84 3,79

1,15 8,56 7,52 6,40 5,12

1,50 10,33 9,20 7,98 6,60

1,85 12,06 10,87 9,58 8,14

2,20 13,76 12,52 11,19 9,72

2,55 15,45 14,18 12,81 11,31

2,90 17,13 15,83 14,43 12,92

3,25 18,80 17,47 16,06 14,53

3,60 20,47 19,12 17,69 16,15

3,95 22,13 20,77 19,32 17,78

4,30 23,80 22,41 20,96 19,40

т = 0

т = 0,5

т = 1

т = 1,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12° ;р = 4;к' = 0,5т/м2 (0,005МПа) ;у = 1,8т/м3

Рис. 5. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=4°

ца 6

льная высота откоса при переменных т и к, для в=6°

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,72 5,73 4,68 3,56

1,15 8,44 7,31 6,09 4,72

1,50 10,07 8,85 7,53 6,03

1,85 11,66 10,37 8,98 7,41

2,20 13,23 11,89 10,44 8,83

2,55 14,78 13,42 11,91 10,27

2,90 16,32 14,91 13,39 11,72

3,25 17,85 16,41 14,87 13,18

3,60 19,38 17,91 16,35 14,65

3,95 20,91 19,42 17,84 16,13

4,30 22,42 20,92 19,32 17,61

го

о

о

о

о

о

-й

т

т : т : т т

0

0,5

1

1,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12°; р = 6;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 1,8 т/м3

Рис. 6. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=6°

Таблица 7

Предельная высота откоса при переменных т и к, для в=8°

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,76 5,66 4,52 3,32

1,15 8,35 7,11 5,78 4,32

1,50 9,84 8,51 7,06 5,42

1,85 11,29 9,88 8,35 6,62

2,20 12,72 11,25 9,66 7,86

2,55 14,13 12,61 10,97 9,13

2,90 15,53 13,97 12,29 10,42

3,25 16,91 15,32 13,62 11,72

3,60 18,30 16,68 14,94 13,03

3,95 19,67 18,03 16,28 14,35

4,30 21,05 19,38 17,61 15,67

а = 27,5°; р = 12°; р = 8;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 1,8 т/м3

Рис. 7. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=8°

Таблица 8

п д льная высота откоса при переменных т и к, для в=10°

к, т/м2 Нпр, м (Качарское месторождение)

т=0, м т=0,5, м т=1, м т=1,5, м

0,80 6,85 5,61 4,35 3,06

1,15 8,31 6,91 5,45 3,84

1,50 9,65 8,17 6,57 4,75

1,85 10,96 9,42 7,71 5,74

2,20 12,25 10,61 8,84 6,78

2,55 13,51 11,82 9,98 7,86

2,90 14,76 13,02 11,14 8,97

3,25 16,02 14,22 12,32 10,09

3,60 17,24 15,42 13,46 11,23

3,95 18,46 16,62 14,63 12,37

4,30 19,69 17,81 15,79 13,53

т = 0 т = 0,5 т = 1 -•-т = 1,5

Сцепление массива, т/м2

а = 27,5°; р = 12° ;р = 10;к' = 0,5т/м2 (0,005МПа) ;у = 1,8т/м3

Рис. 8. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива при в=10°

Таблица 9

Уравнения связи Нпр = ^к)

в, град Уравнения связи

0 Н = 5,401-к + 0,740

пр

2 Н = 5,017 • к + 0,906

пр

4 Н = 4,613 • к + 1,078

пр

6 Н = 4,192 • к + 1,256

пр

8 Н = 3,747 • к +1,452

пр

10 Н = 3,275 • к + 1,668

пр

Вид уравнений связи для различных чению предельной высоты откоса в точ-значений угла наклона слабого слоя в ке с координатами Х=к и Y= в для слу-

приведен в табл. 9.

Трехмерная интерпретация выполненных расчетов представлена на рис. 9, где плоскость представляет собой геометрическое местоположение точек, координата Z которых соответствует зна-

чая т=0.

Нпр = ^, Р)

Уравнение аппроксимирующей

плоскости для случая т=0

Н = 4,53 • к - 0,179 Р + 4,16; м.

Полученные графики и аналитические выражения позволяют без дополнительных расчетов в данных горногеологических условиях оперативно принимать решения по назначению па-

1. Попов И. И., Шпаков П. С., Поклад Г.Г.

Устойчивость породных отвалов. - Алма-Ата: Наука, 1987. - 224 с.

раметров устойчивых откосов, учитывать изменения геометрических параметров откоса и слабого основания, а также изменения прочностных свойств пород массива и основания.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Шпаков П.С., Попов И.И. Расчет параметров карьерных откосов на основе численно-аналитических методов // Горный журнал. -1988.-№1.-С. 26 - 28. ЕШ

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Шпаков П.С.- профессор, доктор технических наук, Муромский институт Владимирского государственного университета, SPSP01@mail.ru

Шпакова М.В.- Горный инженер маркшейдер, Муромский институт Владимирского государственного университета, spsp01@rambler.ru

Долгоносое В.Н - доцент, кандидат технических наук, заведующий кафедрой маркшейдерского дела и геоднезии,

Ожигин С.Г.- доцент, кандидат технических наук,

Карагандинский государственный технический университет

----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАВЬЯЛОВ Валерий Михайлович Управление динамическим состоянием асинхронных электроприводов горных машин 05.09.03 д.т.н.