Способ повышения устойчивости бортов и уступов карьера Советский патент 1992 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открыто- подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Известен способ повышения устойчивости бортов карьера и его уступов путем вы- полаживания бортов, уменьшения высоты или угла наклона откосов уступов.

Недостатками этого способа являются: увеличение объемов вскрыши и площадей нарушенных земель, ухудшение экологической обстановки в горно-добывающем регионе, повышение стоимости вскрышных работ и дорожание последующей рекультивации нарушенных территорий. Все это в целом снижает эффективность способа.

Известен также способ повышения устойчивости бортов карьера и его уступов, включающий определение местоположения потенциальных поверхностей скольжения и укре пление контактной прочности пород по этим поверхностям путем сооружения железобетонных свай и шпон, штанг и гибких тросовых связей, защитных и железобетонных подпорных стенок или путем упрочения пород цементацией, смолизацией, силикатизацией и нагнетанием в массив других укрепляющих растворов

Недостатки описанного способа следующие: высокая стоимость работ большой расход дефицитных строительных материалов (цемент, металл, эпоксидные смолы и др.); невысокая надежность, так как укрепление одной потенциальной поверхности скольжения не предотвращает сдвига пород по другой аналогичной поверхности, что представляет угрозу для жизни рабочих, нормальной эксплуатации карьера; нетехнологичность работ, ограничивающая возможность совмещения операций по добыче полезных ископаемых и по бурению скважин для укрепления массива; ухудшение экологической обстановку г орно-промыш- ленного района за счет нагнетайия в породный массив различных реагентов при химическом закреплении пород; трудность осуществления на плотно застроенных склонах,, где не всегда представляется возможность пробурить скважины с необходимой густотой сетки.

Цель изобретения - повышение безопасности труда горнорабочих, снижение затрат на укрепление бортов карьеров и его уступов, экономия дефицитных строительных материалов и улучшение экологической обстановки в горно-промышленных районах.

сл

VI

сл Jb

00

о ю

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу повышения устойчивости бортов карьера и его уступов, включающему определение потенциальных поверхностей скольжения и укрепление контактной прочности пород по этим поверхностям, при комбинированной открытоподземной разработке полезных ископаемых в подземной очистной выработке оставляют целики, придающие потенциальным поверхностям скольжения волнообразную форму и создающие эффект зацепления пород, расположенных гто обе стороны от этих поверхностей, при этом размер каждого целика должен быть не менее 0,12 Н, где Н - глубина подземной выработки, а расстояние между целиками должно быть не менее 0,35 h, где h - расстояние от очистной выработки до наиболее удаленной от нее потенциальной поверхности скольжения.

Размер 0,12 Н принимается из тех соображения, чтобы не произошло разрушения целика под воздействием повышенного опорного давления, а размер 0,35 h - чтобы не произошло зависания горных пород между очистной выработкой и потенциаль- ной поверхностью скольжения

Выпуклости и впадины, образующиеся на потенциальных поверхностях скольжения под влиянием оставленных в очистной выработке целиков, создают дополнительное сопротивление сдвигу пород по этим поверхностям, т.е. оказывают такое же воздействие на указанные поверхности как свйи, шпоны, штанги и другие элементы механического или химического укрепления пород в местах их ослабления, но при этом не требуется проводить трудоемких работ, расходовать дефицитные материалы, нарушать технологические процессы в карьерах.

Волнообразную форму, создающую зацепление пород, принимают все потенциальные поверхности скольжения, расположенные в зоне влияния целиков, что предотвращает сдвиг породного массива по какой-либо из этих поверхностей, в отличие от известных способов, направленных на усиление только заданных поверхностей скольжения и не гарантирующих от сдвига пород по другим аналогичным поверхностям.

Определение устойчивости бортов карьера и его уступов с учетом влияния целиков в подземных выработках обеспечивает получение значений углов наклона откосов уступов и бортов карьера еще на стадии проектирования, что позволяет снизить непроизводительные затраты при сооружении карьера, управлять геомеханическими процессами при разработке месторождений путем рационального планирования горных работ.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез участка месторождения, отрабатываемого комбинированным открытоподзем- ным способом; на фиг.2 и 3 - вертикальные сечения борта карьера и пласта при разработке с опережением подземных работ и оставлением целиков. На фиг. 1-3 пунктирной линией 1 показана потенциальная поверхность скольжения, образующаяся в массиве пород при отсутствии подземных разработок, а сплошной линией 2 - эта же поверхность, но подвергшаяся влиянию

подземных выработок, проводимых с соблюдением изложенных выше условий.

Местоположение потенциальных поверхностей скольжения определяют расчет- ным путем или инструментальными

наблюдениями. За основу принимают наиболее удаленную от подземных работ потенциальную поверхность скольжения, на которой сдвигающие породный массив силы больше удерживающих. Подземные очистные выработки 3, размером не менее 0,35 h, где h - расстояние от них до потенциальной поверхности 1 скольжения, проводят до начала открытых работ на рассматриваемом участке карьера 4. Между выработками 3

оставляют целики 5 размером не менее 0,12 Н, где Н - глубина подземных горных работ в районе целика. При высоком уровне грунтовых вод из подземных выработок бурят дренажные скважины б, позволяющие дополнительно (на 10-25%) повысить коэффициент запаса устойчивости борта карьера и

его уступов.

П р и м е р. На фиг,2 и 3 в масштабе

1:2000 изображены вертикальные сечения борта карьера и пласта, разрабатываемого подземным способом, при этом на фиг.2 показана ситуация, при которой работы в карьере опережают подземную разработку

пласта, а на фиг.З - ситуация, при которой подземная разработка пласта с оставлением в нем соответствующего целика производится раньше, чем начинают работы в карьере (или одновременно с ними). В обоих

случаях карьером подсекается плоский слабый контакт АВ. Прочность пород на рассматриваемом контакте слоев характеризуется следующими показателями- сила сцепления, приходящаяся на единицу площади расчетной поверхности т/м , угол внутреннего трения по этой поверхности/э 20°. На остальных участках к б т/м , р 25°. Объемный вес пород т/м3.

В первом случае потенциальная поверхность скольжения полностью совпадает с плоским слабым контактом АВ, во втором - лишь частично, так как он приобретает волнообразную форму, создающую эффект зацепления. Поэтому во втором случае часть поверхности скольжения (на участке CD) пройдет по более прочному контакту, чтобы срезать выступ, образовавшийся на ранее плоской поверхности за счет влияния целика.

Для определения устойчивости откосов в первом и втором случаях разобьем оползневой массив вертикальными линиями по 5 полос, шириной по 42 м каждая. Высоту полос условно примем за их вес СЬ и разложим на касательные П и нормальные Ni составляющие к поверхности скольжения. Все отрезки касательных и нормальных составляющих, измеренные в миллиметрах, суммируем отдельно, а суммы умножаем на масштаб векторов П и NI, который равен

г. а У М

с юоо

где у- объемный вес пород (в нашем случае )м3;

М - знаменатель масштаба, в котором построен чертеж, т.е. . Измеряем длину расчетной поверхности L и составляем отношение

f с 2 Nj + k L ,

где p - коэффициент внутреннего трения пород по расчетной поверхности скольжения (на слабом контакте слоев ,36, на остальных участках ,47);

k - сила сцепления, приходящаяся на единицу площади этой поверхности (на слабом контакте слоев т/м , на остальных участках т/м2).

В рассматриваемом примере

42 м 2 т/м 3 2000 1СО / 2 с т/м2.

значения N( и П мм: .

Длина расчетной поверхности скольжения м.

В первом случае (фиг.2). f-c-Ni 4294 т/м2; т/м2: с т/м2:

п 4294 + 690 n fl7

П 57ТГ° 87

что свидетельствует о явной неустойчивости массива (поскольку отношение сил, удерживающих оползневой массив от сдвига по слабому контакту слоев, к силам, сдвигающим его, значительно меньше 1)

Во втором случае (фиг.З) силы, удерживающие массив от сползания, подразделя0

ются на силы, действующие по слабому контакту слоев (на участках А-1 и 3-В), и силы, действующие по более прочному контакту (на участке 1-3) На слабом контакте ZNi. и ЦН40 м, на более прочном SNi и м. Отсюда

f-c ZNrfc с ZNu+fivc-Z Ni.(fc ZNi.c+fn- Ј Ni.n);

k U+kn Ln .

Следовательно, вб втором случае

f -с

+ N4 +

5

-bN5) + fn(1+N2+).

Подставив в последнее выражение знали т/,2 , ,

получим f

0

5

0

5

0

5

0

5

чения т/м. , . , , , ,36 и fn-0,47, , т/м2.

Аналогично 3+90 т/м2; 6636 + 960

n

1,17,

5712

что свидетельствует о достаточной устойчивости массива.

Таким образом, за счет создания изложенным выше способом эффекта зацепления удалось повысить коэффициент устойчивости борта карьера на 30%.

Применение предлагаемого способа позволяет в целом получить положительный эффект, заключающий в следующем:

-повышается эффективность комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых открытоподземным способом за счет увеличения устойчивости бортов карьера и его уступов;

-снижаются затраты на противооползневые мероприятия за счет полного исключения или существенного уменьшения работ по механическому или химическому укрепления пород на контакте потенциальной поверхности скольжения;

-уменьшается расход таких дефицитных строительных материалов, как цемент, металл, эпоксидные смолы и т.д;

-улучшается экологическая обстановка в горно-промышленном районе за счет исключения использования химических веществ для укрепления породного массива и за счет уменьшения объемов вскрышных работ и площадей нарушаемых земель;

-обеспечивается бесперебойная работа по добыче полезных ископаемых в карьере за счет исключения работ на поверхности карьера по бурению скважин, возведению свай, нагнетанию цемента, эпоксидных смол и других упрочняющих массив материалов.

Формула изобретения Способ повышения устойчивости бортов и уступов карьера включающий опреде- ление потенциальных поверхностей скольжения и укрепление контактной прочности пород по этим поверхностям, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности труда горнорабочих, Снижения затрат на укрепление массива пород, экономии дефицитных строительных материалов и улучшения экологической обстановки за счет уменьшения коэффициента вскрышных работ при открытоподземной

0

разработке месторождений, потенциальным поверхностям скольжения придают волнообразную форму и создают эффект закрепления оползневого клина с массивом борта или уступа карьера, при этом в подземной очистной выработке формируют целики, шириной не менее 0,12 Н, где Н - глубина ведения подземных горных работ, а выработку между целиками проходят длиной не менее 0,35h, где h - расстояние от очистной выработки до самой удаленной от нее потенциальной поверхности скольжения.

Использование: открытая под земная разработка месторождений полезных ископаемых. Сущность изобретения: реализация способа заключается в создании в зоне потенциальных поверхностей скольжения волнообразной формы этих поверхностей, создающих эффект закрепления оползневого клина. 3 ил

Фиг. i

Фиг. 2

Фиг.З