CC BY
150
УДК 622.271
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ОТВАЛОВ РАЗРЕЗА «БОГАТЫРЬ»
Виктор Николаевич Долгоносов
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика
Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доктор технических наук, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Петр Сергеевич Шпаков
Муромский филиал Владимирского государственного университета, 602250, Россия, г. Муром, ул. Орловская, 23, доктор технических наук, профессор, тел. 677(49234)77101
Ольга Васильевна Старостина
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика
Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27
Нурлан Газисович Бесимбаев
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика
Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии,
тел. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
В статье дан анализ проектных решений и выполнена корректировка устойчивости внутренних отвалов, учитывающая предельную высоту яруса и наличие слабового основания.
Ключевые слова: расчет устойчивости внутренних отвалов, прочностные характеристики пород в отвалах и по контакту угольного пласта, расчетные схемы, коэффициент запаса устойчивости.
CALCULATION OF THE OF THE INTERNAL DUMP PARAMETERS OF «BOGATYR» COAL STRIP MINE
Viktor N. Dolgonosov
Karaganda state technical university, Kazakhstan Republic, 100027, Karaganda, 56 Mira avenue, doctor of engineering, associate professor of «Mine survey and geodesy» department, prof., tel. 8(7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
Petr S. Shpakov
Murom, Vladimir State University branch, 602250, Russia, Murom, Orlovski st., 23, doctor of engineering, prof., tel. 677(49234)77101
Olga V. Starostina
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, cand. tech. sci., associate professor of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)56-26-27
Nurlan G. Besimbaev
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, postgraduate student of «Mine survey and geodesy» department, tel. (7212)41-11-88, e-mail: [email protected]
The analysis of the project design is conducted. Correction of the stability of the internal dumps, considering the maximum allowable height of the tier and existence of the weak foundation, was made.
Key words: internal dumps stability analysis, strength properties of the rock in the dumps and weak layer.
Перспективным планом развития Богатырского комплекса на период 2011-2025 гг. проектом, разработанным ТОО «Карагандагипрошахт и К» [1] предусматривается создание внутренних отвалов. Внутреннее отвалообразование обусловлено техническими возможностями существующего железнодорожного транспорта в условиях жесткой ограниченности фронта вскрышных работ.
С вводом в эксплуатацию внутреннего отвала и его развития действие внешних отвалов Степной и Локальный прекращается к 2015году. С 2016 г. в эксплуатации остается единственный внешний отвал «Прибортовой», на который складируются объемы вскрыши с верхних уступов разреза.
В соответствии с планом развития горных работ начало отсыпки внутреннего отвала было выполнено в 2011 году. По срокам и направлению развития отвальных работ выделены внутренние отвалы №1 и №2.
Устойчивость внутреннего отвала в соответствии с «Правилами обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах» [2] будут зависеть от следующих параметров: процентного соотношения во вскрыше отдельных литологических разностей пород; сопротивления сдвигу отвальных пород; прочностных свойств пород основания отвалов, включая характеристики сопротивления сдвигу по контактам отвалов - основание или контактам в породах основания отвалов; технологии отвалообразования.
Внутренний отвал располагается на глубине 270 м от земной поверхности. Основанием отвала будут служить углистые породы почвы пласта 3 и прослоек внутренней вскрыши лежачего бока (нижней части стационарного борта в синклинальной части участка 5 на границе с участком
9).
С учетом структурных особенностей массива, ВНИМИ рекомендованы следующие средневзвешенные физико-механические характеристики прибортового массива: объемный вес у = 2,40 тн/мЗ; угол внутреннего трения р = 32°; сцепление к = 428,0 кПа [3].
Породы, слагающие стационарный борт по прочности относятся к группе пород средней крепости.
Внутренний отвал по горно-геологическим условиям отвалообразования может быть отнесен к отвалам прочных пород на прочном горизонтальном (по р.л. № 27) или слабом наклонном (по р.л. № 42 и № 82) основании.
Проектом перспективного развития разрезы «Богатырь» [1] приняты следующие параметры внутренних отвалов (табл. 1).
Таблица 1
Проектные параметры внутренних отвалов
Количество ярусов Высота яруса / отвала, м Ширина площадки, м Г енеральный угол откоса отвала, град
Отвал № 1
3 75 / 225 60 27,5
Отвал № 2
4 75 / 300 120 20,1
Поперечные сечения отвалов с профилями откосов представлены на рис. 1 и 2.
Средние прочностные характеристики пород в отвалах и по контакту угольного пласта 3 были определены Казахским филиалом ВНИМИ [3].
а) Отвал 1 Гр.л. № 27)
697 696
Рис. 1. Проектные профили откосов внутреннего отвала № 1
Гор +195 м
Рис. 2. Проектный профиль откоса внутреннего отвала № 2
С учетом длительного срока службы отвалов, в соответствии с нормативными документами [2] в нормативные характеристики вводим коэффициент запаса п3= 1,3. Тогда расчетные характеристики пород будут: -отвала р =24 8°; =0,462;к =0,92тн/м2;
^ р ’ р р
-основания р' =141°; (е/У =0 250; к' = 0,11тн! м2.
р ’ р ’
По данным исследований, выполненных на месторождениях Казахстана [4], сцепление полускальных пород в теле отвала изменяется в достаточно широких пределах: от 10 - 12 до 35 - 40 кПа.
Выполним расчет устойчивости отдельного яруса и многоярусного отвала (без учета слабого основания). Предельная высота откоса с углом наклона « = 33° при указанных выше расчетных характеристиках пород отвала составит 29,5 м. С учетом коэффициента запаса (пз= 1,3) и принятого минимального значения сцепления можно принимать высоту яруса отвала не более 30 м.
Результаты расчета устойчивости многоярусного отвала для высоты яруса 30 м приведены в табл. 2.
При увеличении числа ярусов отвала ( п> 7 ) замена ступенчатого профиля на прямолинейный не приводит к существенной погрешности оценки коэффициента запаса устойчивости. Как следует из табл. 1, максимальные отклонения не превышают 5%, расчеты в пределах инженерной точности, причем данная погрешность идет в сторону уменьшения коэффициента устойчивости, т.е. «в запас». Выполним оценку устойчивости отвала с учетом слабого основания (контакта):
1) отвал 1: при выбранных конструктивных параметрах (7 ярусов, аяр = 33°, \ = 30 м, Нотв = 210 м, Ь = 20 м, аген= 25,3°) и=0,791, следовательно, отвал неустойчив. Предельный угол откоса равен 18,5°, т.е. генеральный угол откоса не должен превышать 18° (рис. 16). Предельная высота первого яруса при аяр= 33° составляет 15 м;
2) отвал 2: при выбранных конструктивных параметрах (10 ярусов, 0^ = 33°, 11я = 30 м, Нотв = 300 м, Ь = 20 м, аген= 25,0°) п= 0,788 отвал неустойчив. Предельный угол откоса равен 18,2°, т.е. генеральный угол откоса также не должен превышать 18° (рис. 2).
Таблица 2
Результаты расчета устойчивости отвала_____________________
Ширина Коэффициент Ширина Г енеральный угол
площадки запаса призмы, м откоса отвала, град
1 ярус (а=33°, Ья= 30 м, Нотв=30 м)
— 1,005 5,0 33
2 яруса (аяр=33°, Ья= 30 м, Нотв = 60 м)
10 1,004 4,0 30,4
20 1,135 6,0 28,1
30 1,273 8,0 26,1
3 яруса (аяр=33°, 1ія = 30 м, Нотв = 90 м)
10 0,989 4,0 29,6
20 1,142 6,0 26,7
30 1,299 8,0 24,4
5 ярусов (аяр=33°, 11я = 30 м, Нотв = 150 м)
20 1,133/ 1,087 6,0 25,7
7 ярусов (аяр=33°, 1ія = 30 м, Нотв = 210 м)
20 1,126/ 1,092 4,0 25,3
10 ярусов (аяр=33°, 1ія = 30 м, Нотв = 300 м)
20 1,121 / 1,095 4,0 25,0
Анализ результатов расчетов позволил сделать следующие выводы и дать рекомендации по обеспечению долговременной устойчивости откосов отдельных ярусов и внутреннего отвала в целом.
1) Формирование нижнего яруса внутреннего отвала необходимо осуществлять по возможности наиболее прочными вскрышными породами (аргиллитами, алевролитами, песчаниками) с глубоких горизонтов разреза.
2) По возможности уменьшить угол наклона 1-го яруса, либо разбить его на два подуступа по 15 м каждый с площадкой между уступами 15 - 20 м, для надежного обеспечения его долговременной устойчивости.
3) Для вышележащих ярусов, основанием которых будут служить устоявшиеся породы нижних ярусов, высота устойчивого яруса должна приниматься с учетом технологических соображений равной 25 - 30 м.
4) Ширина междуярусных площадок должна приниматься с учетом
следующих вопросов: технологии отвал ообразования; обеспечения
генерального угла откоса отвала не более 18°; при автомобильном отвалообразовании согласно технологических схем применяемых типов автосамосвалов ширина транспортных берм должна приниматься на
прямолинейных участках дороги - не менее 35 м, а на поворотах дороги - не менее 40 м.
5) Складирование слабых и выветрелых вскрышных пород при автомобильном и железнодорожном транспорте допускается только в верхние ярусы высотой не более 15 м.
6) При складировании в отвальные ярусы пород с различных вскрышных уступов, обладающих резко различными характеристиками сопротивления сдвигу, не допускать отсыпку слабых глинистых пород слоями по поверхности откоса, создающими косослоистое строение отвала. Для повышения устойчивости отвальных ярусов следует стремиться к
максимальному усреднению состава отсыпаемых пород.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Технический проект. Разработка горно-транспортной части по добыче и вскрыше на период до 2025 г. с переходом на автомобильно-конвейерную технологию с усреднением угля на разрезе «Богатырь» / ТОО «Карагандагипрошахт и К». - Караганда, 2005.
2. Правила обеспечения устойчивости на угольных разрезах. ВНИМИ. - СПб, 1998. - 208 с.
3. Отчет «Разработка практических рекомендации по параметрам устойчивых бортов и внешних отвалов разреза «Богатырь» ПО «Экибастузуголь» / ВНИМИ, Казахский филиал. -Караганда, 1976.
4. Попов И.И., Шпаков П.С., Поклад Г.Г. Устойчивость породных отвалов. - Алма-Ата: Наука, 1987. - 224 с.
© В. Н. Долгоносов, П. С. Шпаков, О. В. Старостина, Н. Г. Бесимбаев, 2014
