CC BY
53
--------------------------------------- © П.С. Шпаков, С.Г. Ожигин,
С.Б. Ожигина, А.П. Шпакова,
2005
УДК 622.271
П. С. Шпаков, С. Г. Ожигин, С. Б. Ожигина, А.П. Шпакова РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОТКОСОВ БОРТОВ КАРЬЕРОВ ДЛЯ СЛОЖНО-СТРУКТУРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 1
ш Ш ри разработке месторождений откры-
-И--1 тым способом конструкции бортов карьера претерпевают значительные изменения в зависимости от времени разработки и отличаются от первоначальных, проектных параметров.
Это связано с тем, что опыт отработки месторождений открытым способом, показывает, что проектирование параметров бортов карьера необходимо вести в несколько стадий. Выбор параметров устойчивых конструкций бортов на первой стадии проектирования основан на данных геолого-разведочных работ и зависит от геологического строения месторождения, типа применяемого оборудования, физических и механических свойств горных пород находящихся в прибортовой зоне. От этих показателей зависят параметры устойчивых уступов и бортов карьеров. На этой стадии проектирования многие параметры принимаются по аналогии с другими месторождениями. В дальнейшем, по мере разработки и вскрытия новых горизонтов, происходит уточнение и детализация ранее принятых решений с учетом новой информации о геологическом строении и состоянии горного массива и свойств пород, полученных из исследования на вскрытой части месторождения. За прошедшее время проводятся дополнительные исследования прочностных свойств массива, структурно-тектонических особенностей и трещиноватости прибортовых массивов. На основе новых данных приходится перепроектировать откосы уступов и бортов карьеров с учетом уточненных данных. Особенно это актуально при доработке месторождения.
Чиганакское месторождение барита по сложности инженерно- геологических условий относится к категории сложных, характеризующихся большой тектонической нарушенно-
стью, залеганием в толще скальных и полу-скальных дислоцированных трещиноватых пород с наличием зон дробления и выветривания. Тектонические разломы ориентированы в основном субпараллельно и диагонально к простиранию рудных залежей. Часть из них имеют углы падения 30-65° в сторону рудной залежи; часть крутопадающих в сторону массива с углами падения 80-85°. Особую опасность могут представлять участки пересечения двух диагонально расположенных тектонических нарушений, согласно падающих с откосом. Вдоль нарушений неизбежно повышение интенсивности экзогенной трещиноватости. В узлах сопряжения нарушений образуются обширные зоны дробления пород. Слоистое строение горного массива месторождения также относится к неблагоприятным факторам с точки зрения устойчивости карьерных откосов.
Проведенный анализ геологической и проектной документации по отработке Чиганакского месторождения показывает, что проектные углы наклона откосов действующих карьеров №1, № 2 приняты на основании «Норм технологического проектирования...» [1] и должны быть уточнены по результатам геомеха-нических исследований в процессе эксплуатации месторождения. Нами была рассмотрена возможность изменения проектных углов наклона откосов действующих карьеров №1 и №2, с целью снижения объемов вскрышных работ.
Для уточнения прочностных характеристик в 2003 году на карьерах были проведены натурные испытания прочностных свойств на сдвиговых приборах. Анализ полученных данных совместно с имеющимися данными позволил принять расчетные показатели физических и прочностных свойств пород для оценки устойчивости откосов уступов и бортов карьеров
Таблица 1
Расчетные прочностные характеристики пород
Тип породы Характеристики пород при пзап=1 Характеристики пород при пзап_1,3
Г103, к», Р- Г103, к», P,
кг/м3 МПа градус Кг/м3 МПа градус
Глинистые отложения 1,80 0,016 18,0 1,80 0,012 14,0
Суглинки 2,00 0,003 20,0 2,00 0,002 15,6
Сланцы глинистые сильно Выветрелые 2,54 0,059 30,0 2,54 0,045 23,9
Сланцы глинистые 2,61 0,076 31,0 2,61 0,058 24,8
Сланцы углисто-глинистые кремнистые сильно выветрелые 2,61 0,076 31,0 2,61 0,058 24,8
Сланцы углисто-глинисто-кремнистые 2,68 0,092 31,0 2,68 0,071 24,8
Песчаники 2,68 0,400 33,0 2,68 0,308 26,5
Яшмокварциты сильно Выветрелые 2,64 0,150 34,0 2,64 0,115 27,4
Яшмоквартицы 2,64 0,272 34,0 2,64 0,209 27,4
Алевролиты 2,68 0,092 31,0 2,68 0,071 24,8
Чиганакского месторождения следующие (табл. 1).
Трещиноватость горного массива месторождения изучалась только в процессе геологоразведки. Но на геологических разрезах и планах, а также соответственно и на проектнографической документации отражены только крупные тектонические разломы. Для изучения трещиноватости прибортовых массивов,
влияющей на устойчивость отдельных участков уступов на карьерах №1, №2, в 2002-2003 годах методом непосредственных измерений с помощью горного компаса была выполнена съемка трещиноватости. Результаты обработки
этих съемок были использованы в расчетах устойчивости.
Порядок расчетов по оценке устойчивости прибортовых массивов карьеров заключался в следующем:
• предварительная оценка прибортово-го массива с учетом крупных тектонических нарушений и выделение наиболее опасных участков;
• оценка устойчивости стационарных откосов уступов с учетом трещиноватости пород;
• конструирование профилей бортов с учетом ранее выполненной предварительной
- проектный профиль бортов; -----рекомендуемый профиль бортов
Таблица 2
Рекомендуемые углы откосов уступов
Горизонт отработки Тип породы Угол наклона откоса уступа а, градус
при высоте Н = 30 м при высоте Н = 10 м
Земная поверхность -гор.420 м Яшмокварциты, песчаники 50-55 75
Гор.420 м - гор.390 м 55-60 75
Земная поверхность - гор.420 м Алевролиты, аргиллиты, гравелиты, углисто-кремнистые и глинистокремнистые сланцы 45 65
Гор.420 м - гор.390 м 50 75
Земная поверхность - гор.420 м Сланцы глинистые, алевролиты глинистые 35-40 65
Гор.420 м - гор.390 м 35-40 65
оценки устойчивости откосов уступов и бортов карьеров.
Горно-геометрический анализ месторождения показал наличие в прибортовых массивах карьеров согласно падающих диагональных и продольных тектонических нарушений, ослабляющих устойчивость бортов. На основании выполненных расчетов по известным расчетным схемам [2] выявлены участки, на которых возможны деформации по тектоническим нарушениям. Для повышения устойчивости бортов на этих участках генеральные углы наклона приняты более пологими, с доведением коэффициентов запаса устойчивости до 1,17-1,31, что удовлетворяет требованиям [3-4].
Оценка устойчивости откосов уступов на карьерах выполнялась на основе выявленных элементов залегания трещин и уточненных прочностных характеристик пород и породных контактов. Высота стационарных откосов определялась по техническому проекту отработки месторождения, углы наклона уступов обосновывались с коэффициентом запаса устойчивости равным 1,5-2,0 и выше, согласно [3-4].
На основании выполненных расчетов рекомендованы углы откосов уступов представленные в табл. 2.
Принимая параметры уступов на основе табл. 2, с учетом горно-геологических условий (тип породы, степень выветрелости, слабые контакты и элементы их залегания и т.д.) отстроены рекомендуемые контуры бортов карьеров (рис. 1) и произведена их оценка устойчивости.
Коэффициенты устойчивости вновь отстроенных бортов составили от 1,0 до 2,0 (с учетом коэффициента запаса пзш =1,3), что удовлетворяет требованиям [3-4] при сроке службы карьеров от 5 до 10 лет.
Постановка уступов на конечный контур может быть произведена без страивания 10метровых уступов в единый 30-метровый откос. В связи с чем, приведенные в табл. 2 параметры 10-метровых уступов можно использовать при конструировании бортов карьеров на конечном контуре. В этом случае параметры трех 10-метровых уступов следует вписывать в параметры 30-метрового уступа. Конструктив-
Рис. 2. Схема постановки уступов на конечный контур
Рис. 3. Зависимость ширины конструктивной площадки от угла откоса стационарного уступа
Ь, м
20
-
а|0=75”
(X ю=650
8.6 \
40 45 50 55 60 Изо, ФЭДУС
ные горизонтальные площадки для 10метровых уступов устанавливается вписыванием их заложений в заложение 30-метрового уступа (рис. 2) по формуле:
d30 = 3 ■ d10 + 2 ■ Ь ,
где Ь - ширина конструктивной площадки; (13о, dlo- соответственно заложения 30-метрового и 10-метрового уступов,
1 (d30 ~ 3d10)
тогда Ь = —30----------— ,
2
или Ь = 15(^а30 - ctga10),
где а30 , а10 - соответственно углы откосов 30-метрового и 10-метрового уступов.
Ширина конструктивных площадок для различных горно-геологических условий мо-
жет быть определена по графикам представленным на рис. 3.
Предлагаемая технология постановки уступов на конечный контур упрощает заоткосные работы и снижает материальные затраты связанные с ними.
Выполненный комплекс научных исследований по геомеханическому обоснованию параметров откосов карьеров позволил увеличить углы наклона откосов уступов на 5-100, в сравнении с проектными, и в целом бортов карьеров - на 2-40 . Таким образом, научнообоснованное конструирование профилей устойчивых бортов карьеров сложно-
структурного месторождения привело к сокращению объемов вскрышных пород и снижению себестоимости добываемой продукции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с открытым способом разработки.- Л.: ГИПРОРУДА, 1986.- 90с.
2. Попов ИИ, Окатов Р.П., Шпаков П.С. Материалы VI Всесоюзной конференции по механике горных пород « Напряженно- деформированного состояния и
устойчивость скальных склонов и бортов карьеров». Фрунзе, Илим, 1979. -С.338-346.
3. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.:ВНИМИ, 1972. - 164с.
4. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. - СПб., 1998. - 208 с. (Минтопэнерго РФ. РАН. Гос. НИИ горн, геомех. и маркшейд. дела -Межотраслевой науч. центр ВНИМИ).
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------------------
Шпаков П.С. - профессор, доктор технических наук, Муромский институт Владивостокского государственного университета.
Ожигин С.Г. - доцент, кандидат технических наук,
Ожигина С.Б. -ст. преподаватель,
Карагандинский государственный технический университет.
Шпакова А.П. - студентка, Муромский институт Владивостокского государственного университета.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ научно-нсследова тельскин институт горной ГЕОМЕХАНИКИИ МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА - МЕЖОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВНИМИ
ВОВК Александр Иванович Геомеханическое обоснование и разработка параметров подготовки парными выработками угольных пластов Воркутинского месторождения 25.00.22 к.т.н.
