Разработка метода формирования конструкции и расчета устойчивости бортов глубоких карьеров

Тухташев Алишер Баходирович; Уринов Шерали Рауфович; Заиров Шерзод Шарипович

НАУЧНЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 622.235:622.271

DOI: 10.24411/2181-0753-2020-10015

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ

Тухташев Алишер Баходирович - кандидат технических наук, доцент, зав.кафедрой Навоийского государственного горного института, Уринов Шерали Рауфович - кандидат технических наук, доцент Навоийского государственного горного института, Заиров Шерзод Шарипович - доктор технических наук, профессор Навоийского государственного горного института

Аннотация. Разработаны технологическая схема формирования конечного борта и метод определения предельно допустимого расчетного угла наклона бортов глубоких карьеров

Ключевые слова: контур карьера, формирование

откосов, взрывание сближенных зарядов, экспериментальные исследования действия волн напряжений, исследование трещинообразования. Аннотация. Чу^ур карберларнинг якуний томонини шакллантириш технологик схемаси ва томонларининг максимал рухсат этилган х,исобланган ^иялик бурчагини ани^лаш усули ишлаб чи^илди.

Калит сузлар: карьер контури, ^ияликларнинг

шаклланиши, я^ин зарядларнинг портлаши, тул^инлар кучланишининг таъсирини экспериментал тад^и^ ^илиш, ёри^ хрсил булишини тад^и^ ^илиш.

Annotation. A technological scheme for the formation of the final board and a method for determining the maximum allowable calculated angle of inclination of the sides of deep quarries have been developed.

Keywords: quarry contour, formation of slopes, explosion of close charges, experimental studies of the action of stress waves, study of crack formation.

При работе в сложных горно-геологических условиях, если залежь имеет большую мощность, которая предопределяет большую глубину карьера, то по геомеханическому или геолого-структурному критериям после определения предельно допустимого расчетного угла наклона принимается решение об углах откосов бортов в конечном положении.

Конечный борт конструируют так, чтобы он при соблюдении предельных параметров нерабочих уступов и берм вписался в расчетный линейный профиль. Технологические параметры уступов и берм зависят от структуры горных пород, техники и технологии периодической чистки берм, а также требований правил безопасности.

В работах [1, 2] разработана методика

конструирования и формирования конечного борта глубоких карьеров с учетом обеспечения берм безопасности, расчетных линейных контуров оконтуривания, построения схемы капитального вскрытия и транспортных берм и оформления поуступного борта.

Определим угол откоса борта карьера в конечном положении согласно работе [1] для условий карьера Мурунтау.

Результатом оконтуривания карьера по одному из принципов оконтуривания является линейный борт 1 (штриховая линия на рис. 1) с расчетным углом откоса а.

В конечном положении отстраивается поуступный борт (штрихпунктирная линия 2) при принятой высоте уступа hy и угле его откоса р. Нижние бровки откоса уступа примыкают к первоначальному линейному борту 1.

Конструктивные бермы, определяемые из треугольников OKN и OKL (рис. 1), сопоставляются с расчетными (нормативными) бермами безопасности Вб

Вб = hy(ctga - ctgfit) > Sa. (1)

Если не соблюдается равенство (1), то согласно требованиям единых правил безопасности необходимо уменьшить угол откоса конечного борта а или увеличить угол откоса уступа р. Увеличение угла откоса уступа неприемлемо, т.к. он принимается предельно возможным с учетом физико-механических свойств горных пород, их типа, наличия падения слоев в сторону карьера, поверхностей ослабления и т.п. Для повышения устойчивости борта карьера рекомендуется выполаживание расчетного угла откоса борта карьера а до угла а1 с обеспечением нормативных (расчетных) берм.

Угол откоса конечного борта карьера а 1 определяется по формуле [2]:

а' = arctg (а. + ctgfi\ (2)

Линейный борту 3 '(сплошная линия)

отстраивается под углом а' и по нему строят поуступный борт 4 (штриховая линия).

Схема капитального вскрытия (фактор 4) отстраивается на конечных бортах карьера и она служит для размещения транспортных коммуникаций и обеспечения по ним грузотранспортной связи карьера с поверхностью. Схема вскрытия выбирается с учетом системы наземных горных выработок - поступательных,

56

Научно-практический электронный журнал «ТЕСНика» №2 2020 года

Научно-практический электронный журнал

«ТЕСНика» №2 2020 года

тупиковых или комбинированных съездов. На рис. 1 в поперечном разрезе борта представлено вскрытие системой поступательных съездов шириной bc (съезд с отметки V-6hy на V-7hy). Борт со схемой вскрытия отражено линией 5 со штриховой линией с двумя точками пунктира. Он совпадает с линией конечного борта (жирная линия 6) с отметки V-3hy и ниже.

Рис. 1. Схема формирования конечного борта глубокого карьера

На разрезе на отметке V-3hy представлена транспортная берма Вт при строительстве которого формируется окончательный борт карьера (линия 6). Она является следствием первоначального оконтуривания (1), обеспечения нормативных берм безопасности (3), оформления поуступного борта

(4), построения схемы капитального вскрытия (5) и транспортных берм (6).

Угол откоса конечного борта ак отличается от расчетного а и может быть определен по формуле:

ак = arctg qb в:r+tf-*li+zl_1h,;ctgp, (3)

где Нк - конечная глубина карьера, м; n - число

уступов в конечном борту карьера; Вп - ширина берм безопасности, м; р - угол откоса уступа в конечном положении, град.; bc - ширина капитального съезда, м; q - число съездов; Вт -ширина транспортной бермы; m - число транспортных берм.

Для расчета угла откоса бортов необходимо основываться на предельном равновесии по наиболее слабым поверхностям. Положение предельного равновесия устанавливают путем алгебраического сложения сил круглоцилиндрической или монотонной криволинейной поверхности.

Оценку устойчивости производят путем введения коэффициента устойчивости Кзап. Она

Google

d £

равна отношению сил, которые удерживают призму возможного сдвижения пород, к сдвигающим силам и определяется по формуле:

SP • g • CQS«+ Ccp X l (4)

X P • g • sin^ n

где фв.т. - средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения в массиве; Сер -средневзвешенное расчетное значение сцепления в массиве; Р - масса элементарного вертикального блока призмы возможного смещения; g - ускорение свободного падения; аэ.п. - угол наклона элементарной площадки скольжения; l - длина элементарной площадки скольжения, которая служащит основанием элементарного блока.

При определении степени устойчивости откосов массива горных пород важно найти наиболее слабую поверхность и сравнить удерживающие £Fi и сдвигающие силы.

Поверхность горного массива, по которой действуют силы с наименьшим соотношением ZFi/^Ti, является наиболее слабой, а по которой действуют силы с соотношением £Fi/£Ti=1 -предельно напряженной и угол откоса в этом случае является предельным.

Расположение и форма поверхностей скольжения в массиве зависят от разрывных нарушений и элементов их залегания в откосе, слоистости, трещиноватости, механических характеристик пород, величины угла откоса и высоты уступа.

На рис. 2 представлена схема оценки устойчивости откоса горных пород. Оценку устойчивости откоса горных пород производят в следующем порядке:

Рис. 2. Схема оценки устойчивости откоса

горных пород с учетом равновесия по наиболее слабой поверхности в откосе горных пород

1) призма возможного обрушения разбивается вертикальными линиями на ряд полос 1, 2, 3, ... равной ширины а и ограничивается поверхностью откоса и поверхностью скольжения;

2) высота полос раскладывается на касательные Ti и нормальные Ni составляющие относительно поверхности скольжения и условно принимается за их вес;

57

НАУЧНЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

&

3) отрезки касательных и нормальных составляющих суммируют отдельно и умножают на масштаб векторов Тi и Ni. Масштаб векторов Мв определяют по формуле

Мв=атМ/1000, (5)

где y - объемный вес пород; М - знаменатель масштаба, в котором построен чертеж;

4) путем измерения длина L расчетной поверхности скольжения АС составляют соотношение

(fm£ Ni + CL)/ m£ Т > 1, (6)

где f - коэффициент внутреннего трения пород; C - сила сцепления, которая приходит на единицу площади расчетной поверхности.

Значение (m£Ti) в выражении (6) есть сумма сдвигающих сил, а (fm^Ni + CL) - сумма сил, удерживающих массив по этой поверхности. При этом (fm^Ni) есть сумма сил трения, а (CL) - сумма сил сцепления.

Если (fm£ Ni + CL)/ m£ Ti = 1, то считается, что откос находится в предельном состоянии, в результате которого может начаться обрушение откоса или его сползание.

Таким образом разработаны технологическая схема формирования конечного борта и метод определения предельно допустимого расчетного угла наклона бортов глубоких карьеров.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Шпанский О.В., Лигоцкий Д.Н., Борисов Д.В. Проектирование границ открытых горных работ. -СПб, 2003. - 90 с.

[2] Норов Ю.Д., Заиров Ш.Ш. Проектирование карьеров и обеспечение устойчивости бортов / Под общ. ред. Насирова У.Ф. - Монография. - Навои: Изд-во «Навои», 2015. - 252 с.

[3] Заиров Ш.Ш., Уринов Ш.Р, Равшанова М.Х. Обеспечение устойчивости бортов карьеров при ведении взрывных работ. - Монография. - LAP LAMBERT Academic Publishing. - Germany, 2020. -175 с.

[4] Заиров Ш.Ш., Уринов Ш.Р, Равшанова М.Х.,

Номдоров Р.У. Физико-техническая оценка

устойчивости бортов карьеров с учетом технологии ведения буровзрывных работ. - Монография. Бухоро, изд-во «Бухоро», 2020. - 170 с.

[5] Zairov Sh.Sh., Urinov Sh.R., Tukhtashev A.B. Theoretical and experimental evaluation of the contour explosion method for preparing slopes in careers // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. Volume 12, Issue 7.

[6] Zairov Sh.Sh., Urinov Sh.R., Nomdorov R.U. Determination of rational parameters of blast wells during preliminary crevice formation in careers // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. Volume 12, Issue 7.

[7] Норов Ю.Д., Умаров Ф.Я., Заиров Ш.Ш., Уринов Ш.Р, Махмудов Д.Р Теоретические исследования параметров подпорной стенки при различных формах зажатой среды из взорванной горной массы // Известия вузов. Горный журнал. - Екатеринбург, 2018. - №4. - С. 64-71.

[8] Заиров Ш.Ш., Махмудов Д.Р, Уринов Ш.Р. Теоретические и экспериментальные исследования взрывного разрушения горных пород при различных формах зажатой среды // Горный журнал. - Москва, 2018. - №9. - С. 46-50.

[9] Уринов Ш.Р, Хамдамов О.О. Исследование процесса нагружения горных пород продуктами детонации при взрыве скважинных зарядов взрывчатых веществ с различными видами забоек // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2011. - №1. -С. 77-80 (05.00.00; №7).

[10] Норов Ю.Д., Бибик И.П., Уринов Ш.Р, Ивановский Д.С. Методика определения основных параметров развала при перемещения разнопрочных горных пород взрывами скважинных зарядов взрывчатых веществ в промышленных условиях // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2011. - №2. - С. 44-48.

[11] Норов Ю.Д., Бибик И.П., Уринов Ш.Р, Ивановский Д.С. Исследование перемещения разнопрочных горных пород взрывами скважинных зарядов методом математического моделирования // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2011. - №3.

- С. 35-39

[12] Петросов Ю.Э., Махмудов Д.Р, Уринов Ш.Р.

Физическая сущность дробление горных пород взрывом скважинных зарядов ВВ // Горный вестник Узбекистана. - Навои, 2016. - №4. - С. 97-100

(05.00.00; №7).

[13] Заиров Ш.Ш., Уринов Ш.Р, Тухташев А.Б. Анализ технологии ведения открытых горных работ и отстройки бортов карьеров // Национальное информационное агентство Узбекистана УзА. Отдел науки (электронный журнал). - Ташкент, июнь, 2020.

- С. 1-15.

58

Научно-практический электронный журнал «ТЕСНика» №2 2020 года

Текст научной работы на тему «Разработка метода формирования конструкции и расчета устойчивости бортов глубоких карьеров»