Способ восстановления нарушенных уступов в период эксплуатации карьера Российский патент 2004 года по МПК E02D17/20 E21C41/26 

Изобретение относится к строительству и горному делу и может быть использовано для восстановления уступов карьера в период его эксплуатации.

При обрушении участка уступа, являющегося капитальным съездом и находящимся в предельном контуре действующего карьера, переоформление участка борта неэффективно. В связи с этим возникает необходимость в восстановлении нарушенных участков транспортных берм на период эксплуатации карьера. Известны разнообразные конструкции подпорных бетонных стенок, в том числе использующиеся в промышленном и гидротехническом строительствах, а также оградительные сооружения и методы их расчетов, изложенные в трудах Н.К. Снитко, Э.Л. Галустьяна. Рассматриваемые стенки можно подразделить на два типа:

- тонкие стенки с большим заглублением в грунт;

- массивные стенки с неглубоким по высоте заложением в грунт.

Массивные и тонкие стенки главным образом располагаются на самом откосе, обычно они подпирают грунт, а не восстанавливают нарушенную часть откоса уступа (Статическое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных стенок. Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Ленинград, 1963, Москва, 109-110 стр., 129-132 стр., Госстройиздат, 1963 г.). При таком расположении стенка будет зауживать ширину бермы, что создаст помеху работе технологического транспорта и увеличит нагрузку на нижележащий уступ. Учитывая, что откос уступа сложен породами, которые разбиты неправильными разноориентированными трещинами, применение тонких стенок без дополнительно укрепительных мероприятий, предотвращающих интенсивное разрушение уступа, становится невозможным. Кроме того, отрицательное действие внешних факторов на уступ - нагрузка от транспорта и гидроподпор со стороны массива, окажет действие и на саму тонкую стенку, т. к. она обычно малой ширины сравнительно с длиной, поэтому нельзя пренебрегать ее искривлением (выпиранием). Нарушение прочности и целостности самой стенки скажется на устойчивости и прочности самого уступа.

Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что данная конструкция малоэффективна для восстановления несущей способности нарушенных участков высоких уступов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления грунтовых откосов, включающий установку опалубочного каркаса в углубление в основании уступа, закрепление его анкерами и заливку бетонного раствора в заопалубочное пространство (заявка ФРГ №2618459, Е 02 D 17/20, Способ укрепления грунтовых откосов / приоритет Японии 14.05.1975, заявлено ФРГ 27.04.1974, опубл. 25.11.1976). Для крепления используется опалубочный каркас, состоящий из двух гибких боковых стенок, расположенных параллельно, а между боковыми стенками устанавливается арматура, которая соединяется с боковыми стенками в виде простого готового блока. На боковые стороны стенок укладывается бетон с низким водоцементным отношением, так что они оказываются полностью заделаны в бетон. В результате, получается гибкая конструкция, укрепляющая грунтовый откос, предотвращающая обвалы.

Недостатком способа является малая несущая способность конструкции из-за невозможности укладки гибкой сетчатой конструкции по разлому большой мощности. Данная конструкция, располагаясь непосредственно на уступе откоса при высоте до 30 м, примет основные нагрузки, возникающие при твердении бетона на себя, т. к. она не может опираться на откос, что в результате потребует значительного усиления прочности и не позволит без дополнительных мероприятий предотвратить дальнейшее разрушение образовавшегося разлома. Как следствие этого, потребуется значительное увеличение металлоемкости и удорожания конструкции. Кроме того, при нанесении бетона на гибкую сетчатую конструкцию, расположенную на откосе уступа высотой до 30 м и большом угле откоса, возникает сложность с удержанием бетона от вытекания.

Целью изобретения является повышение несущей способности и восстановление ширины берм нарушенных участков высоких крутопадающих уступов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе восстановления нарушенных уступов в период эксплуатации карьера, включающем установку опалубочного каркаса в углубление в основании уступа, закрепление его анкерами и заливку бетонного раствора в заопалубочное пространство, перед установкой опалубочного каркаса проводят дренаж нарушенного участка уступа, заливку бетонного раствора ведут послойно, до выравнивания с верхней бермой уступа с опережающим пригрузом опалубки на высоту слоя, а после застывания бетонного раствора проводят гидроизоляцию верхней и нижней берм уступа и удаление пригруза.

А пригрузку щебнем осуществляют сначала с нижней бермы уступа, затем с верхней бермы уступа.

Проведение дренажа нарушенного участка позволяет устранить попадание паводковых вод по внутренним трещинам уступа и, как следствие, возникновение опасного гидростатического давления между стенкой и породой, способного привести к нарушению устойчивости, несущей способности и при обрушении к уменьшению размеров берм.

Послойная заливка бетонного раствора позволяет обеспечить режим укладки с промежутками твердения (для набора прочности бетона), что повышает несущую способность нарушенного участка уступа и уступа в целом.

Опережающий пригруз опалубочного каркаса позволяет уравновесить нагрузку от бетонного раствора, закрывает пустоты между опалубкой и откосом для предотвращения вытекания откоса. Бетонирование проводят до выравнивания с верхней бермой уступа, что приводит к восстановлению ее ширины и обеспечению условий эксплуатации технологического транспорта.

Проведение гидроизоляции верхней и нижней берм уступа позволяет устранить попадание паводковых вод со стороны берм и возникновение опасного гидростатического давления между стенкой и породой, а также снижение прочностных свойств пород в основании уступа. Т.к. в зоне разлома имеются вертикальные трещины, то даже после восстановления участка уступа остается опасность попадания в них паводковых вод, что приводит к обводненности пород и проявлению гидростатического давления на бетонную стенку. Для ликвидации негативных проявлений проводят гидроизоляцию верхней, а после уборки пригруза и нижней бермы.

Из-за большой высоты уступа пригрузку щебнем осуществляют сначала с нижней бермы уступа, а затем с верхней путем бульдозерной перевалки.

Составляющие конструкции опалубочного каркаса были рассчитаны исходя из условий устойчивости откоса в зоне разлома при действии нагрузки от транспорта, устойчивости основания к выпиранию, устойчивости и прочности стенки с учетом сил гидростатического давления при уровне обводненности 10 м, а также прочности элементов опалубки при бетонировании. Была также рассчитана толщина слоя пригруза.

В результате реализации способа получается зафиксированная конструкция уступа с восстановленной несущей способностью и шириной.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез откоса уступа в предельном положении, на котором показано текущее состояние разлома;

на фиг.2 - вид сверху фиг.1 - участок того же уступа с трещиной;

на фиг.3 показан разрез укрепляемого уступа;

на фиг.4 представлена схема установки опалубочного каркаса на откосе уступа.

Пример конкретной реализации

Укрепительные работы производятся на уступе 1 карьера. В настоящее время уступ находится в предельном положении, под наклоном 75 градусов, высотой 30 м, ширина разлома до 10 м, глубина разлома 5 м.

Одна из главных причин, повлиявших на нарушение откоса уступа, - трещина 2, она способствовала образованию мощного разлома 3 (фиг.2, 1) большой высоты.

Откос сложен породами, которые разбиты неправильными разноориентированными трещинами. В летний период зона трещиноватости характеризуется повышенной обводненностью и слабой способностью пород к обрушению.

Переоформление нарушенного участка борта карьера не рассматривается в виду нахождения уступа в предельном положении.

Восстановление уступа производится за счет полного бетонирования нарушенной части. Для этого проведены расчеты следующих параметров: угол наклона основания стенки 15-25 градусов, допустимая высота гидроподпора 10 м.

Перед началом восстановления проводят подготовительные работы.

Проводят зачистку берм и оборку откоса уступа механизированным способом с применением экскаватора “обратная лопата”, фронтальных погрузчиков, бульдозера-рыхлителя. После проведения механизированной оборки отдельные оставшиеся нависы, “козырьки” убираются вручную бригадой проходчиков горных склонов.

Экскаватором по всей длине нарушенного участка верхней бермы проводят углубление на 1 м для последующей гидроизоляции.

Экскаватором у нижней бровки выкапывают котлован глубиной 1 м, по ширине разлома 10 м, с уклоном 15-25 градусов в сторону откоса.

Симметрично разлому 3 в основании уступа подготавливают углубления сечением 30×30 см, глубиной 0,5 м на расстоянии между центрами углублений 5 м.

Для отвода воды из откоса уступа в нижней части разлома 3 веером устанавливают горизонтально, с небольшим уклоном в сторону выемочной части карьера, трубы 4 длинной 5-6 м и диаметром 80-100 мм. Открытые концы труб выходят на откос уступа (фиг.3), их закрывают деревянными пробками.

По завершении подготовительных работ устанавливают опалубочный каркас (фиг.4).

Опалубочный каркас включает в себя следующие элементы:

5 - направляющие опалубки (швеллера №22);

6 - штанги;

7 - анкера;

8 - брус (сосновый брус сечением 200×200×500 мм).

В подготовительные углубления с упором на откос под тем же углом 75 градусов устанавливают направляющие опалубки 5, они превышают высоту уступа (нижняя часть основания швеллеров устанавливается в подготовленные углубления). В верхней части и по всей высоте направляющие опалубки 5 связываются между собой с помощью штанг 6.

Установленный опалубочный каркас из направляющих опалубки и штанг закрепляют на верхней берме с помощью анкеров 7. После установки опалубочного каркаса укладывают в каркас брус 8 на высоту 1 м и заполняют бетонным раствором за опалубочное пространство (на эту высоту).

Расчетная пропорция компонентов бетонного раствора по объему составляет 3,8:1:7,3:10,5 соответственно цемент : вода : песок : заполнитель.

Для предотвращения выпирания опалубки ее с внешней стороны пригружают с помощью грейферного погрузчика щебнем крупностью 20-70 мм. После поднятия опалубки на высоту более 15 м пригрузку щебнем осуществляют автопогрузчиком с верхней бермы. Работы выполняют слоями по 1 м в высоту и выдерживают по времени не менее суток для схватывания бетонного раствора. Заливку бетона проводят до выравнивания с верхней бермой уступа.

После твердения бетонного раствора (примерно 26 суток) проводят гидроизоляцию верхней бермы. Для этого в углубление укладывают глину и укатывают ее автотранспортом. После окончательного твердения бетонного раствора убирают пригруз и аналогично проводимым работам по гидроизоляции на верхней берме проводят их на нижней берме. По окончании всех работ высверливают пробки из труб 4 для отвода воды.

Изобретение относится к области строительства и горного дела. Задачей изобретения является повышение несущей способности и ширины берм нарушенных участков высоких крутопадающих уступов. Способ восстановления нарушенных уступов в период эксплуатации карьера включает установку опалубочного каркаса в углубление в основании уступа, закрепление его анкерами и заливку бетонного раствора в заопалубочное пространство. Перед установкой опалубочного каркаса проводят дренаж нарушенного участка. Заливку бетонного раствора ведут послойно, до выравнивания с верхней бермой уступа, с опережающим пригрузом опалубки на высоту слоя. После застывания бетонного раствора проводят гидроизоляцию верхней и нижней берм уступа и удаление пригруза. Пригрузку щебнем могут осуществлять сначала с нижней бермы уступа, а затем с верхней бермы уступа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ восстановления нарушенных уступов в период эксплуатации карьера, включающий установку опалубочного каркаса в углубление в основании уступа, закрепление его анкерами и заливку бетонного раствора в заопалубочное пространство, отличающийся тем, что перед установкой опалубочного каркаса проводят дренаж нарушенного участка, заливку бетонного раствора ведут послойно, до выравнивания с верхней бермой уступа, с опережающим пригрузом опалубки на высоту слоя, а после застывания бетонного раствора проводят гидроизоляцию верхней и нижней берм уступа и удаление пригруза.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пригрузку щебнем осуществляют сначала с нижней бермы уступа, а затем с верхней бермы уступа.