CC BY
16
УСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ИВАНОВ Ю. С. ОАО :<Унипромедь»
В настоящее время большинство меднорудных карьеров достигли значительной глубины, к проектной (350-500 м). На многих карьерах производится разнос бортов карьеров с цс-:мки законтурных запасов руд. В то же время на многих месторождениях производится планируется ведение подземной добычи руды, то есть осуществляется комбинированный разработки. Комбинированная разработка ведется на Учалинском, Сибайском, Гайском гениях.
Внедрение комбинированной разработки месторождений обусловлено рядом преимуществ: -более полная выемка запасов полезного ископаемого;
- повышенная интенсивность отработки месторождений;
- возможность повторной разработки месторождений полезного ископаемого, потерянного рюдземной выемке, и так далее.
Подземные работы ведутся обычно вблизи борта карьера или непосредственно под ним, в ьтате чего парамегры процесса сдвижения от подземных горных работ в прибортовой зоне ■ются. Влияние подземной отработки сказывается в изменении структуры и механических горных пород в подработанной зоне, вследствие чего изменяются и усложняются условия жвости бортов и поверхности карьера.
В связи с вышеизложенным изучение устойчивости бортов карьеров и процесса сдвижения гяодземных горных работ при комбинированной разработке является важной задачей, призван-| обеспечить сохранность бортов карьеров и различных объектов вблизи них; повышение ин-зности горных работ, а также их безопасносги.
Ниже на примере Учалинского карьера рассмотрим некоторые вопросы устойчивости отко-I при комбинированной разработке месторождений. Рассмотрим условия совместной отработки >й выклинки Учалинского месторождения. Горно-геологические условия. Учалинское месторождение медноколчеданных руд представ-крутопадающей (80-85 °) линзообразной залежью сплошных колчеданных руд, распространен на глубину до 500 м. Мощность рудного тела колеблется от 5 - 8 м на выклинках до 140 м - в средней часги. Общая длина месторождения 1250 м.
Таблица I
Фнжко-мсханнчсскнс характерно!икн порол
Наименование породы Плотность У. Т/м' Угол ВНуТрСННСЮ трения 9. градус Сцепление в массиве С. Mflt
Миидалскамснные диабазы 2.80 31 0,74
Брекчии миндалекаменных лиаба-юв 2.76 31 0,25
Рассланцованныс кварцевые альби-. тофиры и кварцсво-ссрицитовые j породы 2.78 28 0.35
ha. 4.82 29 0,50
Вмещающие породы кристаллического сгроения средней крепости - габбро-диабазы, зуфы смешанного состава, порфириты, диабазы. Вторичные изменения распространены в породах восточного борта. Вмещающие породы и руды характеризуются интенсивной, четко выраженной -рсщиноватостью. Системы трещин на месторождении преимущественно крутого падения (70-90°), ниже гор. 300 м преобладают трещины пологого падения (15-25 °) при субмеридиональном простирании. Рудное тело на всем протяжении разбито серией крутопадающих даек, которые разбиваю) рудный и породный массивы на отдельные блоки со слабым сцеплением на контактах. Строение залежи также осложнено многочисленными апофеозами на флангах, дизъюнктивными нарушениями близмеридионального и северо-западного направлений. Контакт руд и вмещающих
пород в большинстве случаев чегкий. В лежачем боку залежи наблюдается постепенный от сплошных руд к густовкрапленных сульфидам.
Водопритоки в карьер в подземные выработки в значительной мере зависят от кол» атмосферных осадков. Обший объем шахтных вод в среднем составляет 700 м'/сутки.
Вскрытис карьера производите» в верхней части капит&тьным петлевым съездом, в н» - спиральным съездом. Отвалообразованис - внешнее. Проектная глубина карьера -324 м. ры карьера в плане по поверхности 1800x900 м. Углы наклона бортов составляют 31-39°. В) стоящее время карьер практически достиг предельного контура, производится разнос борта карьера.
Подземная отработка месторождения производится подэтажно-камерной системой ботки с закладкой твердеющими смесями. Высота камер 40 м. В северной части создается ственная потолочина в отметках 324-340 м. в южной части остается рудная потолочина в 324-336 м. Вскрытис осуществляется вергикальными стволами, наклонным съездом и штол! из карьера.
Учет влияния бокового распора в оценке устойчивости борта карьера. Коэффициент устойчивости северного бортя но реяупктятям мгглрдпнлкий института «Унипромсдь» 1,42 без учета бокового распора.
Устойчивость торцевых участков бортов карьеров вытянутой формы и бортов гл) карьеров, имеющих в плане круглую или овальную форму, возрастает по сравнению с учас прямолинейной в плане формы. К таким условиям го оценке устойчивости можно отнести ный и южный торцы Учалинского карьера.
Институтом ВНИМИ на основе теоретических и экспериментальных исследований раз таны рекомендации к оценке устойчивости участков боргов, имеющих криволинейную плане. Установлено, что поправка к углу наклона борта Аа зависит от радиуса выемки по низу В Методических указаниях [ 1 ] приводится график зависимости этой поправки от радиуса к| ны по низу и порядок ее вычисления.
С целью дополнения данной методики учета кривизны борта в плане институтом «Униг медь» были выполнены исследования по решению этой задачи, что было осуществлено с щью моделирования на эквивалентна х материалах, физико-механические свойства которых ведены в табл. 2.
Табя
Фижко-механичсскиссвойства смеси
Мысота откоса //. см
30
Угол внутреннего трения у- '-РМУС
28
Плотность у. г/см'
3,36
Сцепление в массиве
С. г/см"
6,70
Предельный угол
откоса _ а. 1~р*дус
55
40
28
3,40
6,88
49
50
60
28
3.52
7.80
46
28
3.48
6.10
40
>ои. 1 -
>жив*-
Для моделирования использовалась смесь песка с незначительным количеством слюды, гунной буровой дроби и технического масла в следующих пропорциях: 50 % песка. 40 % дроби. % технического масла.
Был принят следующий порядок моделирования. Смесь закладывалась в специальный на 10 см выше необходимой высоты под углом на 10-15 0 меньше расчетного. Смесь выдерж» лась в течение часа, после чего с бермы откоса снимался десятисантиметровый слой и увеличивался угол откоса, который не доводился до предельного значения на 3-5
Откос и его берма закрывались с двух сторон деревянными брусьями, и стенд поворачивался домкратами до обрушения свободной части. При этом фиксировались: длина свободной зоны, наклонная высота, угол обрушения. Быпо испытано около 70 моделей для различных условий. Ре*-зультаты экспериментов показывают, чго влияние сил бокового распора неодинаково при различной высоте откоса. Оценивалось также изменение запаса устойчивости «зажатого» участка в сра»-нении с предельно допустимым углом откоса свободного («нсзажатого») борта. При прочих равных условиях увеличение высоты откоса снижает запас устойчивости.
Обработка экспериментальных данных позволила их обобщить в следующем виде:
откоса высотой 30 см
откоса высотой 60 см
я • общем вилс
л = 1 +
п = 1 +
0,326
чк'
0.205
ЧК '
(1)
/1 = 1 +
0,446 - 0,004/?'
ЧК
коэффициент запаса устойчивости откоса; / - расстояние между зажатыми зонами; Ин - на-высота откоса; И' - высота откоса. Переход от результатов моделирования к натурным условиям выполнен через масштаб мо-<ия по выражению
н
90
Г- масштаб моделирования; // - высота откоса в натуре, м; — предельная высота всрти-
| откоса в модели, м; //<*> - предельная высота вертикального откоса в натуре, м. Принимая средние физико-мсханичсскис свойства смеси (у = 3,45 г/см5. С » 6,65 г/см2, !°Х после преобразования получим формулу для определения коэффициента запаса «зажаго-<а борта:
| 0,446 - 0.0256 Н/Ну,
Чия
На рис. 1 приведен график для определения коэффициента запаса устойчивости борга в за-
ги от длины зажатого участка. На основании выполненных исследований определим влияние кривизны в плане на устой-северного борта карьера при условии его подработки. На сзажатых» за счет кривизны в участках борта возникают дополнительные удерживающие силы, которые в расчсгах учте-приведенном сцеплении. Расчеты выполнены до гор. 254 м с закладкой выработанного про-I Ниже «зажатость» участка резко увеличивается, и возникновение на нем деформаций вероятно.
Выбран самый неблагоприятный с точки зрения устойчивости участок борта: мощность ос-шых гидротермально измененных порол 60-70 м, мощность рудного тела после его отра-и закладки 25-30 м. Физико-механические характеристики пород приведены ранее в табл. 1, I закладки представлены в табл. 3.
Таблица 3
Физико-мсханичсскис характеристики закладочных смесей
Номер смеси | Плотность у, т/м' Угол внутреннего трения ip, градус Сцепление в образце Сов. МПа
1 2.14 35 0.67
2 1.95 23 1,35
Радиус кривизны по подошве составляет 50 м.
Для этих условий по методике ВНИМИ определим возможное увеличение угла наклона Сорта для коэффициента запаса 1,00 - Да =■ 17°, а общий угол борта с учетом кривизны получится энным 60°. Приведем решение задачи от объемного к плоскому за счет приведенного сцепления ■ определим запас устойчивости борта от поверхности (гор. 570 м)до гор. 254 м под проектным уг.:ом 33,5°. Запас устойчивости получился равным 1,72.
При подстановке параметров в формулу (5), полученную при моделировании. коэффицие»гг «паса получится равным 2,68. Расхождение в результатах может быть объяснено тем, что кривиз-
на участка значительна, а графики и формулы - эмпирические, они в краевых участках ра недостаточно точно.
Рис. 1. Зона слви>ксния при отработке северной выклинки
Однако как тот, так и другой результаты указывают на повышение устойчивости, и минимальный 1,72 лает возможность его использовать при оценке прогнозного деформи северного борта при его подработке.
Устойчивость борта при отработке рудного тела с закладкой выработанного п определяется качеством и полнотой закладки и се физико-механическими характеристиками.
Границы зоны опасного влияния подземных работ определяются углами сдвижения, к рые регламентируются [2].
Рекомендуют различал, углы еднижения при разработке месторождений системами с шением и с полной закладкой выработанного пространства. Отработка выклинки в северном Учалинского карьера предполагается системой с закладкой выработанного пространства, п построение зоны влияния подземных разработок выполним для этих условий.
Во Временных правилах... [2] указывается, что при отработке крутопадающих рудных камерными, камерно-целиковыми системами, а также горизонтальными слоями с восходящим рядком выемки слоев при полной закладке выработанного пространства твердеющими смсс рекомендуется для установления зоны сдвижения земной поверхности использовать эффект мощность:
т, = Вт,
(7)
Во
эффективная мощность; т - нормальная мощность залежи; В - коэффициент закладки жем. Для твердеющих смесей коэффициент В рекомендую! принимать в пределах
наших условий примем максимальную величину вынимаемой мощности т * 50 м и ко-В = 0,03 (максимальное значение). Тогда эффективная мощность ш, составит 1,5 м. личины углов сдвижения в работе [2] приведены для месторождений, разрабатываемых и с обрушением налегающих пород. Для условий северной части Учалинского месторо->гол сдвижения по простиранию 5 составляет 70°, угол сдвижения 0 вкрест простирания если учесть полную твердеющую закладку выработанного пространства и величину эф-вынимасмой мощности ю, = =1,5 м, то этот участок можно считать подобным тонкой (к < 3 м), залегающей в крепких породах (/>8), а углы сдвижения принять равными: (3 -простирания - 70°, 5 - по простиранию - 75°.
При построении зоны сдвижения в бортах карьера следует учитывать изменение углов ия за счет влияния карьерной выемки. Исследование данного вопроса проводилось инсти-Унипромедь» моделированием на эквивалентных материалах. Результаты исследований ; что углы сдвижения уменьшаются на 5 - 20°. Уменьшим полученные углы сдвиже-максимальную величину 20°. Зона сдвижения при отработке в северном борту рудного тела 206 м, построенная по пяти поперечным и продольному геологическим разрезам, пред-на рис. 2.
1,3,6.6.12 -Н/Нм
Рис. 2. Зависимость запаса устойчивости от высоты борта и его кривизны
Деформации в зоне сдвижения вызовут снижение прочности в прибортовом массиве. Учи--ывая, что отработка запасов в северном борту будет производиться с полной закладкой вырабо-гаиного пространства, считаем, что сцепление в массиве борта уменьшится в 2 раза при неизмсн-■ом угле внутреннего трения. С учетом зоны ослабленных пород, расположенной восточнее рудного тела, сил бокового распора и снижения сцепления, выполнен расчет устойчивости подрабо-ганного борта карьера. В результате получены коэффициенты запаса при высоте борта 364 м, которые составили: в неподработанном массиве 1,72, а подработанном - 1,40.
265
Далее расе V отри ч ноетъ деформации северного та в рудной зоне при закл« твердеющими смесями № 1 испытанными при и данного вопроса.
Оценка устойчивости отработке рудного тела в карьера с закладкой выра' го пространства в отметках 314 м производилась при ной высоте закладки, к принималась соответственно 50, 90, 110, 130 и 200 м.
Для этих условий рсны два возможных формирования и развития г ности скольжения:
- первая схема -вание поверхности сколь массиве руды - закладка по высоте отрабатываемого у
- вторая схема вание поверхности ско.ть рудном массиве и по покер увеличивающегося по высоте кладочного массива.
Зависимость коэффициента загаса устойчивости от различной мощности закладки № 1 2 в процессе постепенной отработки рудного тела в борту карьера предегавлена на рис. 3.
Из анализа полученных зависимостей можно сделать следующий вывод: закладка № 1 жет работать при большой высоте закладочного массива 60-100 м, закладка № 2 может только при малых высотах массива - до 30 - 40 м. Таким образом, при выборе закладочной нужно ориентироваться на составы закладок с повышенным углом внутреннего трения.
1аким оЬразом, проведенные исследования позволили рекомендовать полученные мерности для оценки устойчивости откосов боргов подрабатываемых карьеров. Выполняемые боты по данному вопросу позволяют производить безопасную эксплуатацию транспортных дов на северном борту и вести очистную выемку в Учалинском карьере.
Рис. 3. Зависимость коэффициента запаса устойчивости от высоты закладочного массива при отработке рудного участка: 1 - закладка № 1; 2 - закладка № 2; а - схема I; б - схема 2
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БУРОВЗРЫВН РАБОТ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПРИРОДНОГО КАМНЯ
КОКУ НИН Р. в.
Уральская государственная горно-геологическая академия
Несмотря на известные ограничения, обусловленные спецификой добычи природного цовочного камня, буровзрывные работы на карьерах блочного камня ведутся как в России, так и рубежом. Взрывание применяется как на выемке выветрелых пород, так и на подготовке к вые блочного камня.
Естественно, что наиболее опасной является добыча блоков взрывным способом, взрывы ведутся нспосрсдсгвенно в продуктивном массиве месторождения блочного камня. Но же в этих условиях, при правильном подборе типа взрывчатого вещества, конструкции заряда специальных предохранительных мер, разрушения в массиве и отделяемом монолкте или
