Способ укрепления откосов уступов применением тросовой системы Российский патент 2017 года по МПК E02D17/20 

Известен способ укрепления уступов, заключающийся в том, что откос уступа укрепляют анкерами [1].

Недостатком способа является то, что с течением времени по мере выветривания пород анкерная связь с массивом ослабляется и откос постепенно ослабляется.

Известен способ укрепления уступов применением свай [2].

Недостатком способа является то, что укрепляется в основном верхняя часть уступа и недостаточно связывается большая часть массива при мелкоблочной структуре пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, приведенный в работе [3].

Недостатком способа является то, что не достигается в долговременном плане устойчивость откосов. Откосы постепенно деградируют и обрушаются.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности укрепительных работ и обеспечение сохранности устойчивости откоса на длительное время без выполаживания откоса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе с укреплением откоса сваями и анкерами укрепление происходит до момента, пока не начнется выпадение камней из откоса и его выполаживание, и для исключения разрушения откоса, достигшего 20-30% от величины сцепления, применяют укрепительную систему, отличающуюся тем, что устанавливают несущие сваи за призмой возможного разрушения откоса, их связывают между собой, чтобы повысить несущую возможность системы на значительном промежутке уступа, и от несущих свай протягивают тросы по откосу до его подножья и с натягом их закрепляют к удерживающим сваям, а для исключения выпадения крупных и средних блоков из откоса применяют поперечные тросы таким образом, чтобы ячея решетки соответствовала распределению крупных блоков в уступе, для чего в месте сочленения тросов их укрепляют анкерами к массиву через текстолитовые или прочные полиэтиленовые плиты к откосу, причем при мелкоблочной структуре массива отдельные участки покрывают торкрет-бетоном и такая укрепительная система до конца отработки карьера исключает выполаживание откоса, при этом массив достигает предельного состояния за счет оставшихся значений сил сцепления и сил удержания тросовой системы.

В настоящее время при разработке месторождений глубокими карьерами особенно важно своевременное укрепление уступов на участках, где породы массива могут разупрочняться как за счет действия техногенных нагрузок (массовых взрывов в карьерах), так и за счет выветривания пород. Особенно актуальны эти работы в верхней части геологического разреза, в зонах коры выветривания, где массивы пород трещиноваты, обладают небольшим сцеплением и по мере разработки месторождения могут разупрочняться-осыпаться и иногда обрушаться. Особенно необходимо укрепление участков в зоне трасс прокладки магистральных конвейеров и генеральных автодорог, зданий, сооружений на борту карьера.

Эти работы важны, поскольку деформации уступов или их обрушение приводит к самым негативным последствиям, в том числе к остановкам в работе карьера, поломкам оборудования и к другим чрезвычайным происшествиям.

Оползни и обрушения могут привести к ущербу в десятки миллионов рублей, что имело место на некоторых карьерах как у нас в стране, так и за рубежом.

Рассчитываемое укрепление тросами и сваями предполагает удержание блочных пород в массиве в предельном состоянии при разупрочнении с учетом внутреннего трения и остаточного сцепления пород.

На чертежах фиг. 1-7 приведены основные фрагменты объекта применения и основные элементы предлагаемого способа.

Фиг. 1. Общий вид объекта применения: 1, 2, 3, - соответственно наклонный, крутонаклонный и вертикальный уступы; 4 - уступ при выполаживании.

Фиг. 2. Схема разрушения массива блочных пород под действием техногенных нагрузок и выветривания, ABC - укрепляемый клин сдвиг; 5 -возможный вертикальный откос; 6, 7, 8 - соответственно откосы при заоткоске под углами 75, 70, 58-60°; 9 - предельное положение откоса без укрепления.

Фиг. 3. Схема укрепления откоса с действующими усилиями сдвига: 10 - поперечный трос; 11 - продольный трос; 12 - клин сдвига; 13 - укрепляемый «козырек» уступа; 14 - вероятная поверхность скольжения; 15 - наклонная поверхность сдвига; 16 - свая.

Фиг. 4. Схема укрепления в плане с системой тросов: 10, 11 - соответственно поперечные и продольные тросы; 16, 17 - соответственно сваи в верхней и нижней укрепительной системе.

Фиг. 5. Общая схема укрепления уступа в аксонометрическом виде: 13 - укрепляемый «козырек» уступа; 16, 17 - соответственно сваи вверху и внизу уступа; 18 - прижимная плита с отверстиями и без них (железобетон, текстолит); Н_у - высота уступа; е₁, е₂ - соответственно расстояние между тросами.

Фиг. 6. Схема укрепления крутонаклонного уступа с элементами укрепления: 10, 11 - соответственно поперечные и продольные тросы; 16, 17 - соответственно сваи вверху и внизу уступа; 18 - прижимная плита; 22 - укрепление участка мелкоблочных пород (пластины, торкрет-бетон), е₃, е₄ - расстояние между тросами.

Фиг.7. Общий вид прижимной плиты (18): 19, 20 - соответственно вертикальная и горизонтальная пластины под тросами (металлические); 21 - отверстия для крепления.

Пример выполнения

Предлагаемое изобретение может быть использовано на многих карьерах, где отстраиваются высокие и крутые откосы уступов 1, 2, 3 и бортов карьеров, в том числе на Ковдорском глубоком карьере, карьерах АО «Апатит», таких как Коашвинский, карьер рудника Центральный и других карьерах страны.

Первоначально необходимо правильно выбрать объект применения изобретения. Наибольший эффект достигается на тех участках, где массив характеризуется блочностью, имеющий небольшое сцепление между блоками (до 0,2÷0,3 МПа), которые за счет сотрясательных взрывов и выветривания пород склонны терять свою устойчивость, осыпаются и выполаживаются 4. Изменение угла наклона откосов 6, 7, 8, 9 происходит с 70-75° до 55-50° и больше. Выполаживание уступов на участках, где проведены трассы конвейерных линий или оборудованы дробильные устройства, вообще недопустимо.

Поэтому на таком участке ведут укрепление уступов предлагаемым способом.

По материалам геологоразведки и маркшейдерским данным устанавливается распределение крупных структурных блоков в откосах массива. Затем определяют размер ячеи укрепительной (е₁, е₂) с учетом распределения блоков в массиве.

С учетом предельных сдвигающих усилий на площадке предохранительной бермы за пределами призмы сдвижения бурятся скважины диаметром, например, 200-250 мм через 3-5 м глубиной 2-3 м и углом 20-30° относительно вертикальной плоскости в противоположную сторону от призмы сдвига, чтобы еще больше продлить устойчивое состояние свай 16, и на сваи надевают оголовок от тросов, и последние протягивают сверху вниз по откосу уступа, где с натягом с помощью гидродомкрата прикрепляют специальным замком к сваям 17, пробуренным у подножья уступов также диаметром 200-250 мм и глубиной 2-3 м и углом наклона 20-30° от вертикальной плоскости в сторону нижележащей предохранительной или транспортной берм. Для прочности укрепительной системы проводят поперечные тросы 11 также с натягом через 3-5 м в верхней зоне уступа, часто нарушенной техногенной нагрузкой (взрывами), причем в местах соединения тросов их прикрепляют к массиву (блокам) с помощью плит 18, например железобетонных или прочных текстолитовых, через пластины 19, 20 (металлические) или прочных текстолитовых с помощью анкеров, заглубленных в массив на 1-1,5 м, а в местах скопления мелкоблочных пород их также прижимают плитами 22 через анкера к массиву и торкретизируют. Такое укрепление исключает формирование клина сдвига 12 в течение отработки карьера, уменьшит осыпание пород. Это часто происходит особенно в верхней части уступа.

Выпадение мелких кусков из нижней части уступа наблюдается через 20-30 лет после их формирования и безопасно при наблюдении и контроле за состоянием массива пород.

Источники информации

1. Фисенко Г.Л., Ревазов М.А., Галустьян Э.Л. Укрепление откосов в карьерах. М.: Недра, 1974.

2. Арсентьев А.И., Букин И.Ю., Мироненко В.А. Устойчивость бортов и осушение карьеров. М.: Недра, 1980. - 165 с.

3. Еремин Г.М. Разработка и доставка полезных ископаемых на поверхность. Мурманск, Мурманский Центр НТИ, 2008. - 178 с. (прототип).

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению откосов уступов. Способ укрепления откоса состоит в том, что укрепление производят сваями и анкерами, при этом применяют укрепительную систему в виде тросов. Устанавливают несущие сваи за призмой возможного разрушения откоса, их связывают между собой, чтобы повысить несущую возможность системы на значительном промежутке уступа. От несущих свай протягивают тросы по откосу до его подножья, с натягом их закрепляют к удерживающим сваям. Для исключения выпадения крупных и средних блоков из откоса применяют поперечные тросы таким образом, чтобы ячея решетки соответствовала распределению крупных блоков в уступе, для чего в месте сочленения тросов их укрепляют анкерами к массиву через текстолитовые или прочные полиэтиленовые плиты к откосу. Причем при мелкоблочной структуре массива отдельные участки покрывают торкрет-бетоном и такая укрепительная система до конца отработки карьера исключает выполаживание откоса, при этом массив достигает предельного состояния за счет оставшихся значений сил сцепления и сил удержания тросовой системы. Технический результат состоит в повышении эффективности укрепительных работ, обеспечении сохранности и устойчивости откоса на длительное время без выполаживания откоса. 7 ил.

Способ укрепления откоса состоит в том, что укрепление производят сваями и анкерами, при этом применяют укрепительную систему в виде тросов, отличающийся тем, что устанавливают несущие сваи за призмой возможного разрушения откоса, их связывают между собой, чтобы повысить несущую возможность системы на значительном промежутке уступа, от несущих свай протягивают тросы по откосу до его подножья, с натягом их закрепляют к удерживающим сваям, а для исключения выпадения крупных и средних блоков из откоса применяют поперечные тросы таким образом, чтобы ячея решетки соответствовала распределению крупных блоков в уступе, для чего в месте сочленения тросов их укрепляют анкерами к массиву через текстолитовые или прочные полиэтиленовые плиты к откосу, причем при мелкоблочной структуре массива отдельные участки покрывают торкрет-бетоном и такая укрепительная система до конца отработки карьера исключает выполаживание откоса, при этом массив достигает предельного состояния за счет оставшихся значений сил сцепления и сил удержания тросовой системы.