Контрфорс.






Геомеханика  OS.BABO










Геомеханика  OS.BABO
Главная О сайте В гости к Инсену Турмалин Обратная связь Карта сайта

УДК 622.235.5



ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УКРЕПЛЕНИЯ БОРТА КАРЬЕРА

«АКСАЙ»

ПОДПОРНОЙ СТЕНКОЙ С КОНТРФОРСОМ



      При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом одним из актуальных вопросов является устойчивость бортов карьера. Борт карьера считается устойчивым в том случае, если до конца отработки сохраняются его проектные параметры. Однако во многих случаях проектные параметры бортов карьера нарушаются из-за склонности горных пород к самообрушению, что приводит к выполаживанию угла откоса борта.

      При проектировании карьеров угол откоса борта принимается с учетом усредненных параметров физико-механических свойств горных пород. Однако в пределах месторождения физико-механические свойства горных пород изменяются в большом диапазоне, в результате чего на участках, сложенных слабоустойчивыми породами, возникают оползневые явления.

      Обрушение горных пород в выработанное пространство представляет опасность при отработке нижних горизонтов. При обеспечении нормальных условий ведение работ на нижних горизонтах возникает необходимость ликвидации очагов обрушения. Это достигается различными способами. Например, очаги обрушения горных пород на бортах карьера фосбассейна «Каратау» ликвидируются разноской бортов и вывозкой горной массы на внешние отвалы. Только на карьере «Аксай» применяя этот способ, было вывезено на внешний отвал около 5 млн. м3 горной породы. Это вызвало дополнительный расход 5 млн. руб. Возникла необходимость разработки и внедрения в производство более экономичного способа предотвращения оползней.

      Авторы использовали возможные способы искусственного поддержания бортов карьера применительно к условиям месторождения «Аксай».

      В результате было установлено, что наиболее эффективным способом укрепления южного борта являются подпорные стенки с породной пригрузкой (контрфорсом). Применение других видов укрепления являются нецелесообразными, так как укрепляемые горные породы сильно трещиноваты и подвержены интенсивному выветриванию.

      Исследовались три вида подпорных стенок (рис.1) в лабораторных условиях на модели из эквивалентных материалов. Результаты показали, что стенка конструкции 1 под влиянием нагрузки со стороны контрфорсов медленно смещается в сторону выработанного пространства с последующим опрокидыванием. Контрфорс

      Стенка конструкции 2 более интенсивно смещается в выработанное пространство. Нижняя часть этой стенки смещается с опережением верхней, в результате чего она падает в сторону контрфорса.

      Стенка конструкции 3 испытывает незначительный сдвиг в сторону выработанного пространства. Причем смещение верхней и нижней частей происходит параллельно.

      Стенка сдвигается скачкообразно, по мере концентрации напряжений в контрфорсе, что характеризует ее податливость. Податливость стенки приводит к «сбрасыванию» накопленных со временем напряжений. Это позволяет применить метод призмы обрушения при ее расчете.

      Ширина фундамента стенки конструкции 3 выбиралась с учетом сопротивляемости её на сдвиг, на опрокидывание и необходимой ширины предохранительной бермы.

      На подошве стенки не всегда возможно создать её сцепление с нетронутым массивом горных пород, так как они всегда бывают разрушенными взрывом на глубину 2-3 м от проектной отметки оформленного уступа за счет перебура скважин. Поэтому необходимо, чтобы была сила трения, возникающая при подошве стенки, приближаясь к силе, способной сопротивляться нагрузке, сдвигающей стенку. Величину силы трения можно регулировать изменением площади подошвы стенки и её собственного веса. Предел изменения площади подошвы стенки ограничивается шириной предохранительной бермы, которая на карьере «Аксай» равняется 6-7 м.

      Выбранная ширина по подошве стенки удовлетворяет этому требованию, если её установить так, чтобы подошва находилась ниже проектной отметки уступа на толщину фундамента. Это приводит к увеличению сопротивления стенки сдвига за счет пассивного давления, которое возникает при взаимодействии горных пород на берме и стенке.

      Основанием для выбора высоты стенки служили высота уступа и физико-механические параметры материалов контрфорса, а также горных пород слагающих уступ.

      Так, например, натурными наблюдениями установлено, что в кремнисто-глинистых сланцах карьера «Аксай» уступ первоначально оформляется под углом откоса 55-64°.При этом ширина бермы составляет 10-12 м. Когда высота уступа равняется 10м, первоначально оформленный угол откоса уступа остается без изменения. Но угол откоса уступа интенсивно начинает выполаживаться при высоте уступа 20м. Следовательно, достаточно укрепить нижнюю часть уступа на высоту до 10-12м, чтобы соблюдалась та ширина бермы, которая требуется для обеспечения безопасности работ на нижних горизонтах. Для выбранного способа укрепления это достигается доведением высоты контрфорса до 10-12 м. При заданной высотке укрепления (hy), возможно, предельная высота стенки определяется (hc) определяется:

hc=(hy×(Sinα - Sinρ) – a×tgα×Sinρ))/cosα,

где α – угол откоса уступа;

       ρ – угол естественного откоса материала контрфорса;

       а – ширина фундамента стенки со стороны контрфорса.

      Расчетом выбранной конструкции подпорной стенки методом строительной механики установлены следующие её геометрически параметры (таблица).

Заданные параметры
Расчетные параметры
Угол естественного откоса материала контрфорса

Укрепляемая высота откоса

Общая высота откоса уступа

Угол откоса
уступа




32°


10-12 м


20 м


45°
Высота стенки

Общая ширина фундамента стенки по подошве

Ширина фундамента стенки со стороны конртфорса

Толщина стенки

Длина стенки

Расстояние между
соседними стенками, м

5,0 м

2,3 м



1,3 м



0,5 м

10,0 м


20 м

      Укрепление борта карьера подпорными стенками с контрфорсом проэкспериментировано в производственных условиях. На уровне ниже 30м от поверхности на уступе установлена подпорная стенка. В качестве материала контрфорса использованы кремнисто-глинистые сланцы. Все параметры укрепления выбраны согласно данным таблицы.

      За состоянием укрепленного участка борта карьера и устойчивости стенки в течение 1,5 года проводились инструментальные наблюдения. Для этого на поверхности напротив стенки и на незкрепленном участке закладывались наблюдательные станции, состоящие из поверхностных реперов. Расстояние между реперами 5-8м, нумерация их возрастает от бровки карьера.

      Результаты наблюдения за состоянием укрепленного и неукрепленного участков приведены на рис.2. Как видно на рис.2 после пяти недель с начала наблюдения на неукрепленном участке репер №1 выпал в карьер. На укрепленном участке произошло обратное явление. Там прекратилась деформация борта, и даже произошло некоторое сближение первых реперов, что свидетельствует об уплотнении сдвигаемого объема под влиянием укрепления.

Смещение, мм

      Расчет экономического эффекта от искусственного укрепления оползнеопасных участков южного борта карьера «Аксай» показал, что ликвидация очага оползней вывозкой горной массы на отвал обходится значительно дороже, чем сохранение этого объема на месте с предварительным укреплением. Так, например, на ликвидации очага оползней на южном борте карьера «Аксай» методом вывозки сдвигаемого объема на отвал израсходовано около 3 млн.руб. При искусственном укреплении весь этот объем остается на месте. Наряду с этим имеется возможность выкручивать угол откоса борта карьера на 5-7°,что приводит к значительному сокращению объема вскрышных работ против проекта. На карьере «Аксай» на 1 м3 вскрыши в среднем затрачивается 1,0 руб. А на укрепление 1 м3 горной породы – 0,30 руб.

      Итак, при искусственном укреплении слабоустойчивых пород наиболее эффективным является подпорная стенка с контрфорсом, если высота откоса не превышает 20 м. Этот способ укрепления позволяет поддержать борт карьера под углом до 50°.

      Укрепление подпорной стенкой с контрфорсом приемлемо при отсутствии в массиве горных пород явно выраженных поверхностей сдвига (тектонических нарушений с глинистыми включениями и т.п.).

      Эксперимент укрепления борта карьера подпорной стенкой c контрфорсом в производственных условиях показал приемлемость методов строительной механики при расчете устойчивости стенки.




Опубликовано в сборнике научных трудов
«Технология процессов разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых»,
выпуск 13, МВ и ССО КАЗАХСКОЙ ССР,
КАЗАХСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И.ЛЕНИНА,
АЛМА-АТА 1977.


HTML C уважением, для читателей сайта   WWW.GEOMEHANIKA.ORG


подняться на верх








Геомеханика  OS.BABO