Способ отвалообразования в зоне возможных обрушений Советский патент 1987 года по МПК E21C41/02 

дамбу 8 массой, не превышающей несущей способности основания. Затем продолжают отсыпку вскрышных П в направлении сформированной дамбы 8. Для разрушения ПЦ 7 массу отвала в приоткосной его части доводят до величины, определяемой из выражения отБ - К Q , где Q,,b - масса П в приоткосной части отвала, ограниченной поверхностью скольжения, т; К - коэффициент, учитывающий вели1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под наносы.

Цель изобретения - повьшгение безопасности отвалообразования путем управления процессом разрушения потолочного целика и предотвращения оползневых явлений в отвале.

На фиг. 1 изображен схематичный разрез земной поверхности отвала до его подхода к зоне сдвижения горных пород и пустоты отработанной залежи подземными горными работами; на фиг. 2 - то же, участок со сформированной дамбой (пио нерным контрбанкетом) и начальная стадия отсьтки отвала из скальных пород в зоне дамбы; на фиг. 3 - то же, участок со сформированной призмой выпирания в потолочном целике и поверхностями скольжения в отвале скальных пород; на фиг. 4 - то же, участок после выдав- лизания основания разрушения потолочного целика и формирования воронки обрушения; на фиг. 5 - то же, участок после погашения пустоты воронки и дальнейшее развитие отвала.

Способ осуществляют следующим образом.

После окончания горных работ по выемке залежи над образовавшейся подземной пустотой i формируется свод естественного равновесия 2 с потолочным целиком 3, границами зоны возможного воронкообразования 4 и сдвижения горных пород 5,

81670

чину угла внутреннего трения П основания отвала; масса П призмы

ее н

выпирания при ширине призмы в 1 м определяется зависимостью 0., 4/3 У I h , где f - плотность П в

основании при естественном состоянии,

/ 3 кг/м ; L - длина призмы выпирания,

м; hj.- мощность наносов, м. Разрушение ПЦ 3 приводит к развитию воронки обрушения, которая засыпается вскрышными П. 5 Ил.

Подвигание отвала 6 к границе зо- нн сдвижения горных пород осуществляют на расстояние не менее половины длины призмы 7 выпирания, находящейся в состоянии предельного равновесия, т.е. нагрузка от массы отвала при высоте h не вызывает нарушения его устойчивости.

Одну половину длины 1/2 призмы 7 выпирания используют для наращивания отвала, другую - для формирования дамбы В (пионерского контрбанкета). Дамбу 8 создают из пород вскрьш1И с внеш.шй стороны границы зоны возможного воронкообразования для уравновешивания нагрузки на основание От массы отвала при его наращивании на высоту hg и для защиты зоны возможного воронкообразования от скатывания кусков породы при разгрузке вскрышных пород горно-транспортным оборудованием, что создает на завершающем этапе благоприятные условия для формирования воронки обрушения и погашения пустоты.

Формирование дамбы 8 производят укаткой слоями толщиной не более 1 м для придания углам откосов d. ее большей крутизны, чем у откоса d отвала.

Нагрузка от массы дамбы не должна превышать несущую способность основания, потолочного целика и не вызывать оползневых явлений. При зтом высота дамбы определяется по формуле

&h

31

где P - несущая способность основания отвала, МПа (определяется по опытным данным); У.- плотность пород дамбы в уплотненном состоянии, кг/м. Размеры призмы выпирания от нагрузки масс отвала и дамбы могут быть получены в результате графоаналитического построения поверхностей скольжения,

Ширина дамбы поверху и понизу определяется параметрами технологического оборудования по ее возведению, длиной призмы выпирания и может быть равна ширине зоны сдвижения горных пород, т.е. между ее границей на поверхности и границей зоны возможного воронкообразования.

25

После формирования дамбы осущест- 20 вляют наращивание отвала из пород вскрыши смешанного состава, а достигнув внутре)шего откоса 9 дамбы, складируют скальные породы. При на- paupiBaHmi отвала из пород скальной вскрьшш при подходе его к зоне возможного воронкообразования призма выпирания формируется только после остижения контура 10 отвала контура дамбы. При этом нагрузка от массы отвала создает эксцентриситет и вызывает поворот призмы выпирания по часовой стрелке, которая распространяется на глубину и деформирует потолочину пустоты. Активизации процесса разрушения способствует профиль отвала, который перед разрушением приобретает выпуклую форму, Так как угол d.. откоса дамбы больше, чем угол o(.Q откоса отвала, а поверхность 11 скольжения формируется с выходом на откосную часть отвала, тогда разгруз очная площадка 12 находится в безопасной зоне. Поверхность скольжения может быть построена графоаналитическим методом,

В связи с тем, что формирование призмы выпирания повышает сдвигаю- щие горизонтальные усилия Т в пяте свода естественного равновесия и уменьшает за счет деформирования коэффициент внутреннего трения наносов, словие равновесия естественного свода подземной пустоты нарушается, то мгновенно приводит к развитию оронки 3 обрушения.

Кроме этого экспериментально устаовлено, что углы воронкообразования

30

35

40

50

. 45

оставля1от 5 к вертикали, поэтому

55

5

0

5

5

0

0

ожидаемый выход воронки носле разрушения потолочного целика окажется на земной поверхности, а не на верхней горизонтальной разгрузочной площадке отвала.

Чтобы разрушение потолочного целика осуществить призмой выпирания, массу приоткосной части отвала опре-- деляют из выражения

где Q

OTii.

где I

h,

Q«, к- Q,,

-масса пород в приоткосной части отвала, ограниченной поверхностью скольжения, т;

-коэффициент, учитывающий величину угла внутреннего трения пород основания отвала (определяемьш по таблице) ;

-масса пород в призме выпирания, которая определяется зависимостью (при ширине призмы в 1 м)

QOCH 1 (3)

длина призмы выпирапия, MJ , мощность наносов, м;

плотность пород в основ1НИИ

при естественном состоянии,

кг/м ,

При К 3 состояние призмы вьтира- ния (потолочины) устойчивое, при I К 3 появляются трещины в основании и откосе, а при К I наблюдается возникновение и обруп/ение призмы выпирания (потолочины) и погашение пустоты отвальными массами.

Эмпирический коэффициент К получен из опыта наблюдений за формированием призмы выпирания и поверхности сколь- жения в отвале на слабом основании. Значение коэффициента К можно вычислить из эмпирического выражения

2

К

sin V

где Ч - угол внутреннего трения. Возникновение призмы выпирания происходит при К I, но при этом масса- отвада должна превьш1ать несущую способность основания, что рег.у- лируется высотой отвала и его объемной массой в I м.

Для того, чтобы призма выпирания распространилась на глубину свода естественного равновесия пустоты, высот

5. 12

та отвала должна быть не менее мощности наносов.

Баланс масс отвала и основания оценивают путем сравнения двух областей: одной, заключенной между поверхностью откоса отвала, поверхностью скольжения до пересечения с подошвой отвала и подошвой отвала, и другой, заключенной между земной поверхностью и поверхностью скольжения образующих призмы выпирания.

До подхода фронта отвалообразова- ния к контуру откоса дамбы и зоне

сдвижения горных пород в качестве отсыпанных пород могут быть использова- ны любые породы вскрыши, например смешанного состава (30% - скальных, 70% - рыхлых пород), а в зоне дамбы и сдвшкения - отвальная масса должна содержать не менее 80% скальных пород.

Таким образом, активная масса пород в приоткосной части отвала, которая (topNmpyeT призму выпирания и разрушает потолочный целик, находится в области ограниченной части поверхности откоса и поверхности скольжения . Минимальная высота отвала должна превышать мощность наносов и может быть определена по формуле

И

о

Ь,, + 10 sinci

где HO - высота отвала, м;

Ь, - мощность наносов, м; - угол откоса отвала.

При высоте отвала Ые-, скальных пород, рассчитанной по этой формуле, в наносах за счет силы тупкести отвальной массы-создается давление, под влиянием которого в потолочине подземной пустоты образуются разрушающие ее поверхности скольжения, формируюш,ие выход воронки обрушения на -земную поверхность.

Одновременно с разрушением потолочины и образованием в откосе отвала воронки происходит погашение подземной пустоты породами разрушенной потолочины, дамбы и отвальными массами При дальнейшем формировании отвала происходит окончательное заполнение пустоты через образовавшуюся воронку другими породами вскрыши, например смешанного состава.

Для обеспечения контроля за безо пасностью работ по отвапообразовани необходимо при подвигании фронта рагрузки вскрышных пород к зоне возмо

ного обрушения организовать ежесмен- - ные инструментальные наблюдения за оседанием горизонтальной разгрузочной площадки.

Погашение подземных пустот и воронок обрушения скальной вскрышей повьшает несущую способность основания отвала, что позволяет производить дальнейшее наращивание высоты отвала на слабом основании.

В случае, если произойдет задержка выхода воронки обрушения в ожидаемой зоне поверхности откоса, дальнейшую отсыпку отвала производят вдоль ожидаемого контура обрушения, и таким образом, создают более высокую концентрацию разрушающих напряжений, которая в дальнейшем приводит к разрушению потолочного целика.

30

35

40

т Де Q, 55

25 Формула изобретения

Способ отвалообразования в зоне возможных обрушеш-1Й, включающий отсыпку вскрышных пород на поверхность основания с подвиганием фронта отвальных работ к зоне воронкообразова- ния, разрушение потолочного целика отработанной залежи массой отвала и последующую засыпку воронки обрушения вскрышными породами, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности отвалообразования путем управления процессом разрушения потолочного целика и предотвращения оползневых явлений в отвале, до подхода фронта отвальных работ к зоне воронкообразования с внешней стороны границы последней из вскрышных пород формируют дамбу массой, не превьш1аю- J5 щей несущзпо способность основания, после чего продолжают отсыпку вскрышных пород в направлении сформированной дамбы, причем массу отвала для разрушения потолочного целика опреде- из выражения:

ст

к Q,,

масса пород в приоткосной части отвала, ограниченной, поверхностью скольжения, т коэффициент, yчитывaюш й величину угла внутреннего трения пород основания отвала;

71281670 8

оеи пород призмы выпира- где Y - плотность пород в основании ния при ширине призмы впри естественном состоянии,

1 м, определяемая зависи-кг/м ;

мостью

Q..H 3

длина призмы выпирания, м;

- мощность наносов, м.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано пре- имз щественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под насосы. Цель изобретения - повы-- шение безопасности отвалообразованин путем управления процессом разрушения потолочного целика (ТЩ) 3 и предотвращения оползневых явлений в отвале . После окончания горных пород по выемке залежи над образовавшейся пустотой 1 формируется свод 2 естественного равновесия с ПЦ 3 и границами зоны возможного воронкооб15 азо- вания (ЗВ) 4. На поверхности основания производят отсыпку вскрышных пород (п) с продвиганием фронта от- вальньгх работ к ЗВ 4. До подхода фронта отвальных работ к ЗВ 4 с внешней стороны ее границы формируют § (Л с 1 2 К9 00 О5

/ J f f

7

Фиг. 1

f 3 2

Фиг. 2

- ft - v --- : ltf& M vv:.b:

; ,;

tv 1ч

;.-:::. .. Ч Xv .. - . - - - .-- --р - /. .. . . - ----- . -- х- :: -..:..Г й / /. . -.

Ц3и,г.

: ltf& M

; ,;

tv 1ч

. .-- --р - /. -..:..Г й / /.

// / ////// xyV/VX /у/ //X /// /7

г.5

Составитель Л. Завьялов Редактор Г. Волкова Техред М.Ходанич Корректоре. Луговая

7232/25

Тираж 455 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, Д/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4