Устойчивость бортов и осушение карьеров

Определить длину скважин  рыхления и контурных скважин, расстояние между контурными зарядами, между рядами контурных и основных скважин, расход ВВ на одну контурную скважину и на контурное взрывание данной серии скважин.

Решение.

1. Длина скважин рыхления

м.

2. Длина контурных скважин

м.

Принимаем м.

3. Расстояние между контурными  зарядами в крепких породах

м.

Принимаем м.

4. Расстояние между рядами контурных  и основных скважин в крепких  породах

м.

5. Длина забойки в скважине

м.

6. Длина заряжаемой части контурной  скважины

м.

7. Масса контурного заряда по  линейной плотности (вместимости)

кг.

8. Расход ВВ на серию контурных  зарядов по поверхности откола в крепких породах (базовый удельный расход ВВ для контурного взрывания в крепких породах )

кг.

 

Задание.

При проходке траншей  в крепких породах используется контурное взрывание зарядов, вместимость кг/м. Глубина траншеи м, диаметры контурных скважин мм, контурного заряда мм, зарядов рыхления мм, поверхность откола м². Длина перебура скважин рыхления м, контурные скважины на  длиннее скважин рыхления.

Определить длину скважин  рыхления и контурных скважин, расстояние между контурными зарядами, между  рядами контурных и основных скважин, расход ВВ на одну контурную скважину и на контурное взрывание данной серии скважин.

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа № 2

 

Оформление нерабочих  бортов карьера

в лежачем боку месторождения

 

Часть I

Способы заоткоски уступов

 

Цель работы: Познакомиться со способами заоткоски уступов и с факторами, влияющими на способ заоткоски уступов; научиться определять допустимую высоту подрезки контактов слоев в условиях карьеров.

Работа рассчитана на 4 часа.

 

Заоткоска уступов – работы по приданию уступу угла, обеспечивающего устойчивость откоса в его предельном положении.

Влияние угла наклона слоев  на способ заоткоски уступов. Слоистость пород лежачего бока оказывает заметное влияние на устойчивость откосов только при определенных значениях угла падения слоев в сторону выработки. Так, при угле падения слоев они не подрезаются горными выработками, потому что угол откоса уступов, как правило, положе (рисунок 3, а). Контакты уходят в массив и не снижают его прочности в направлении возможного сдвига.

Влияние слоистости на устойчивость бортов увеличивается с уменьшением угла . При поверхность скольжения в откосе почти полностью совпадает с контактами слоев (рисунок 3, б). Чем больше высота борта, тем в большей степени слоистость оказывает влияние на его устойчивость, так как длина расчетной поверхности скольжения, секущей борт в его нижней части, практически не меняется. Заоткоску уступов можно производить только по контактам слоев. Подрезка последних неизбежно повлечет за собой деформирование откосов. Следовательно, переменным параметром, оказывающим влияние на угол наклона борта, в данном случае будет только ширина берм. Угол откоса уступов является постоянным. Но заоткоска уступов по наслоению при малых значениях угла экономически крайне нецелесообразна, так как влечет за собой выполнение большого объема дополнительных вскрышных работ. В слоистых породах лежачего бока оптимальным (с точки зрения объемов вскрыши) является вариант совмещения поверхности борта с граничным контактом залежи (рисунок 3, в). Расчетами подтверждается возможность заоткоски борта высотой до 600 м под углом . Однако в данном случае должны применяться укрепленные или искусственные бермы безопасности. Это единственный случай, когда угол наклона борта не зависит от параметров берм ( ). Если по условию устойчивости борта в целом этот вариант приемлем, то он будет самым экономичным, несмотря на некоторые затраты на укрепление берм.

 

Рисунок 3 – Схемы заоткоски  уступов в лежачем боку месторождения: а – с надрезкой слоев; б – по наслоению; в – с подрезкой слоев при ; г – то же при > ; , – угол наклона борта и уступа соответственно; – угол падения слоев; 1 – полезное ископаемое; 2 – потенциальная поверхность скольжения; 3 – граничный контакт; 4 – укрепленная берма

 

При пологом угле наклона  слоев ( < 25º) иногда допустима подрезка контактов не только одного уступа, но и группы уступов на допустимую высоту. Тогда угол наклона борта превышает значение угла наклона слоев (рисунок 3, г) и зависит от параметров уступов. Потенциальной поверхностью скольжения в данном случае является последний подрезанный контакт в основании борта (при равном сопротивлении сдвигу по всем контактам).

Мероприятия по защите слоистых пород в приконтурной зоне:

- разработка пород поперечными и диагональными заходками с ограничением одновременно взрываемого количества ВВ (не более одного ряда скважин в ступени замедления);

- создание экранирующих щелей на всю высоту уступа;

- взрывание зарядов для создания отрезных и экранирующих щелей в зажатой среде;

- преимущественное применение наклонных скважин;

- опережающее укрепление пород при подрезке горными работами контактов слабых глинистых пород;

- сооружение искусственных берм в условиях наклонных и пологих слоев;

- эффективный дренаж прибортового массива, организация сбора и отвода поверхностных стоков, защита площадок уступов от обводнения, планировка поверхности берм и откосов, устройство водоотводных канав и др.

Заоткоска уступов по наслоению. Слоистые породы с углом падения слоев образуют относительно устойчивые откосы, если контакты между слоями не подрезаются уступами.

В отличие от однородных пород в  слоистых горных породах лежачего бока с крутыми и наклонными слоями экранирующую щель целесообразнее создавать по всей высоте уступа, чтобы поверхность откоса совмещалась с одним из слоев.

Способ защиты приконтурного массива  зависит от угла наклона слоев. При создается наклонная экранирующая щель 1 по всей высоте сдвоенного уступа (рисунок 4).

Взрывание вертикальных скважин 2 последней заходки не оказывает отрицательного влияния на прибортовой массив, защищенный экранирующей щелью. При погашении второго уступа лежащие ниже породы защищаются отрезной щелью 3 глубиной 3–5 м. Для значений угла направленное бурение пологих и наклонных скважин большой глубины требует применения специальных буровых станков. В случае их отсутствия можно применять вертикальные барьерные экранирующие щели для защиты прибортового массива от влияния массовых взрывов в карьере. Такая щель создается на каждом рабочем горизонте. Первый уступ погашается в обычном порядке. За щелью 5 осуществляется взрывание укороченных скважин 6 с применением специальных мер по снижению сейсмического действия взрывов (например, применяются заряды с воздушными промежутками). При погашении второго уступа используются оконтуривающие скважины 7, взрываемые порядно в поперечном направлении. Скважины не должны пересекать контур 8 лежащего ниже уступа.

 

Рисунок 4 – Схема предохранения  прибортового слоистого массива  лежачего бока месторождения при  сдваивании уступов: а – с использованием наклонной экранирующей щели; б – с использованием наклонной экранирующей и отрезной щели; в – с использованием вертикальной экранирующей щели; г – с использованием вертикальной экранирующей щели при отработке поперечными заходками; , – высота   одиночного   и сдвоенного уступа соответственно

 

В естественных условиях слоистый массив часто имеет локальные нарушения (сдвиги, сбросы, разрывы, смятие и др.). Эти нарушения не всегда обнаруживаются разведочными работами и не принимаются во внимание при проектировании карьера. Чтобы избежать осложнений в процессе эксплуатации месторождения в сложных инженерно-геологических условиях необходимо предусматривать некоторую свободу конструирования борта по фактическому строению лежачего бока. Благодаря этому будут предотвращены вынужденные в некоторых случаях подрезки контактов слоев.

Заоткоска уступов вдоль  граничного контакта с подрезкой  одних и тех же слоев. С точки зрения минимальных объемов вскрыши оптимальным углом наклона нерабочего борта будет тот, при котором поверхность борта совмещается с граничным контактом. Возможность придания борту такого угла наклона проверяется расчетом устойчивости борта, которая зависит от его высоты и сопротивления пород сдвигу. Затем решается вопрос о конструкции транспортных и предохранительных берм. Если бермы нарезают обычным способом, оформляя одиночные уступы под углом  > , то подрезаются контакты между слоями.

Так как ширина бермы безопасности связана с высотой уступа равенством , то минимальный угол откоса уступа

.

При угол заоткоски . Выполнить этот угол заоткоски буровзрывным способом практически невозможно, так как в результате взрыва произойдет заоткоска по контактам и берма обрушится. Можно увеличить угол до 60–70º, тогда уменьшится допустимая высота подрезки контактов. Зависимость для конкретных характеристик сопротивления сдвигу можно представить в виде графиков (рисунок 5), пользование которыми правомерно только при неизменности сопротивления сдвигу во времени.

При заоткоске уступов  вдоль граничного контакта высота уступа и угол его откоса не оказывают  влияния на параметры борта. Так как высота нерабочих уступов обычно не превышает 15 м, то они могут укрепляться с верхней площадки. Рекомендуется следующая последовательность работ по укреплению уступа железобетонными сваями и цементацией массива вокруг свай. Для создания экранирующей щели 1 взрываются контурные заряды (рисунок 6). Массив укрепляется железобетонными сваями 2 с цементацией пород вокруг свай, а затем взрываются основные скважины 3 перед отрезной щелью. При необходимости поверхность откоса покрывается изолирующими материалами.

Рисунок 5 – Графики  для определения допустимой высоты подрезки контактов слоев в условиях карьера: а – шероховатые контакты в породах с характеристиками Па; ; ;  б – гладкие контакты в породах с характеристиками Па; ; ; 1,  2,   3,  4  – соответственно   при   угле   откоса   уступа   40,   50,  60,  70º

 

 

 

 

Рисунок 6 – Укрепление уступа при заоткоске вдоль граничного контакта: опережающее укрепление уступа железобетонными сваями с цементацией

 

 

Возможна и другая последовательность работ: до подхода  горных работ к предельному контуру на расстоянии 15 – 20 м производят укрепление неустойчивого массива, а затем одновременно взрывают заоткошивающие и основные скважины. В этом случае воздействие взрыва на массив сказывается в большей степени, но благодаря тому, что массив укреплен, откосы менее подвержены деформациям. Приведенный способ укрепления целесообразно применять в сильно трещиноватых породах, когда основным фактором, повышающим устойчивость откоса, является цементация, а железобетонные сваи играют второстепенную роль. Если же основная нагрузка будет распределена на сваи, то необходимо стремиться по возможности снизить её путем уменьшения высоты уступа до допустимых пределов, обусловленных шириной бермы.

Монтажные работы ведутся  с бермы, ширина которой должна обеспечивать размещение крана и нормальную его  работу. Наибольший риск представляет возможность обрушения верхней бровки каждой бермы. В случае полного обрушения механизированная очистка берм станет невозможной и борт превратится в сплошной откос.

При пологом падении слоев ( ) и наличии слабых глинистых контактов можно сооружать искусственные бермы как улавливающие, так и транспортные, состоящие из железобетонных каркасов и засыпок, или устраивать врезные бермы со стабилизацией подрезного откоса. Искусственные бермы сооружаются в тех случаях, когда проведение полутраншей в лежачем боку может вызвать оползень по контактам слоев.

Транспортная искусственная  берма сооружается в следующей  последовательности. По мере заоткоски  борта с промежуточных горизонтов бурятся скважины и устанавливаются стойки 1 (рисунок 7), а затем монтируются железобетонные поперечные и продольные ригели, образующие пояса 2 и 3. Чтобы исключить скатывание кусков породы, используемой в качестве засыпки, на лежащем ниже горизонте сооружается подпорная стенка высотой 1–1,5 м, состоящая из вертикальных стоек 4 и затяжки 5. После подготовки каркаса искусственной бермы производится его засыпка скальной породой 6 под углом естественного откоса. Расстояние между вертикальными стойками 3–4 м.

Совместная работа системы «железобетонный  каркас – породная засыпка» в искусственных бермах, предназначенных для укладки транспортных коммуникаций, обеспечивается путем качественного заполнения всех пустот.

 

 

 

Рисунок 7 – Каркасно-запасная транспортная берма шириной

и способ стабилизации неустойчивого  откоса

 

Основную нагрузку  несет каркас, на который укладываются шпалы или железобетонные плиты (в зависимости от вида транспорта). Породная засыпка удерживается внутри каркаса за счет арочного эффекта, возникающего между соседними стойками. Искусственные бермы сооружаются в тех случаях, когда проведение полутраншей в лежачем боку может вызвать оползень по контактам слоев. Гарантированная устойчивость откоса обеспечивается лишь при условии  < ( – угол трения по контакту, являющемуся потенциальной поверхностью скольжения).

Для укрепления уступов  перспективным направлением является каскадное укрепление, которое заключается в поэтапной стабилизации неустойчивого массива в нисходящем порядке по мере погашения уступов (подуступов) на каждом горизонте с опережением горных работ.