Npdpk.ru

Стройжурнал НПДПК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Углы откосов бортов карьера зависят

Открытая разработка. Использование компьютерных технологий в проектировании изделия. Технико-экономическое обоснование , страница 6

в) технологические (включая способ вскрытия, систему разработки и отдельные технологические процессы).

Нарушение устойчивости откосов влечет за собой увеличение объемов вскрыши, непроизводительные расходы на дополнительную переэкскавацию, нарушает режим работы на карьерах, вызывает простои и аварии горно-транспортного оборудования и приносит значительный материальный ущерб.

Выбираемый рабочий и нерабочий угол откоса уступа должен, прежде всего, удовлетворять требованиям безопасного ведения горных работ, устойчивости бортов и условиям размещения на бортах необходимых площадок и транспортных коммуникаций.

В общем случае угол откоса борта карьера определяется по формуле:

Hк – глубина карьера, м

αi – угол нерабочего откоса уступа, град.

Втр – ширина транспортной бермы

Б = Ну * (ctgα1 – ctgαнер) = 5.6 * (ctg45 0 – ctg60 0 ) = 2.4 м где α1, α2 – соответственно угол откоса нерабочего и рабочего уступов, град

tg β = 18.6 / (0 + 15 * ctg25˚ + 3,6 * ctg40˚ + 1,8 * ctg35˚) = 0.475

3.1.2.2. Оконтуривание карьерного поля и залежи

Оконтуривание залежи полезного ископаемого заключается в установлении на планах и геологических профилях его объёмного контура при известных кондициях. При этом учитываются качественные и количественные характеристики залежи, пригодность её для разработки (в целом и по частям), возможные для извлечения запасы, вероятная точность разведочных и других факторов. Оконтуривание залежей однородного строения обычно осуществляется по мощности, допустимой с последующим исключением из полученного контура участков, не удовлетворяющих кондициям. Оконтуривание сложных залежей с неясно выраженными контактами производится в основном по бортовому содержанию полезного компонента, под которым понимается предельное (минимальное) его содержание (в редких случаях содержание вредного компонента) в краевых пробах, обеспечивающее возврат всех затрат на добычу и переработку полезного ископаемого (включая капитальные затраты).

При оконтуривании обязательно выделяют технологические типы и сорта (классы, марки) полезного ископаемого, определяющие область его использования, что предполагает селективную его разработку. В этом случае расчёт минимального промышленного содержания, минимальной мощности и других показателей производится для каждого типа и сорта отдельно.

На основе оконтуривания залежи и изучения поверхности производится оконтуривание карьерного поля. Под последним понимается установление на ланах и геологических профилях объёмного контура карьера при конечном положении его бортов.

Для оконтуривания карьерного поля при горизонтальных и пологих залежах имеет значение принятая разбортовка карьера. Она может быть по отношению к граничной мощности полезного ископаемого в бортах карьера внешняя, внутренняя и половинчатая

Исходя из условия расположения месторождения «Сожское» относительно населенных пунктов и дорожных коммуникаций, принимаем внутреннюю разбортовку. При внутренней разбортовке существуют потери п.и., но объем вскрывши в бортах минимальный.

3.2. Определение потерь п.и.

Согласно «Единой классификаций потерь твердых полезных ископаемых при разработке месторождений» потери разделяются на общекарьерные и эксплуатационные.

Общекарьерные потери включают все виды потерь в целике в пределах контура подсчёта запасов, но поскольку эти потери отсутствуют fо = 0. Эксплуатационные потери fэ складываются из потерь в массиве и отделённого от массива полезного ископаемого. Потери в массиве складываются из потерь зачистке, в бортах карьера и в подошве.

Потери при зачистке определяются:

где: hэ з — толщина потерь полезного ископаемого при зачистке, принимаем hэ з = 0,1 м

Sк — площадь карьера в контурах подсчёта запасов, Sк = 457000 м 2

Vпр – промышленные запасы 7023,8 тыс. м 3

fэ з = (0.1 * 457000 / 7023800) * 100 = 0,69 %

Сущцость открытых горных работ и условия их применения

Открытыми горными работами называется ком­плекс работ, при котором все производственные процессы, необходи­мые для извлечения полезного ископаемого из недр земли, совер­шаются на поверхности.

В результате производства открытых горных работ в земной коре образуются открытые горные выработки, которые, в отличие от подземных, примыкают непосредственно к земной поверх­ности и поэтому имеют незамкнутый контур поперечного сечения. Совокупность открытых горных выработок, служащих для раз­работки месторождения полезного ископаемого, называют к а р ь е —ро м. Также карьером называют горное предприятие, осуществля­ющее разработку месторождения открытым способом. Таким образом, понятие «карьер» имеет два значения — техническое и администра­тивно-хозяйственное. В угольной промышленности карьеры обычно называют разрезами, а на россыпных месторождениях — при­исками.

Месторождение или его часть, разрабатываемые одним карьером, называют карьерным полем. В процессе горных работ по­верхность карьерного поля полностью нарушается и в толще земной коры образуется поверхность выработанного простран­ства. Глубина выработанного пространства при разработке мощ­ных месторождений может достигать нескольких сотен метров.

При производстве открытых горных работ различают вскрышные и добычные работы. Под вскрышными работами пони­мают совокупность производственных процессов по выемке и удале­нию пустых пород, покрывающих и вмещающих полезное ископаемое. Добычными работами называют совокупность производ­ственных процессов по извлечению полезного ископаемого из недр земли. Объем вскрышных работ на современных карьерах обычно значительно превышает объем добычных. Годовые объемы удаляе­мой на карьерах породы иногда превосходят объемы добычи в 10— 20 раз и более. Необходимость удаления значительных масс

вмещающих и покрывающих пород является основной техноло­гической и экономической особенностью открытых разработок.

При современной технике открытым способом можно разрабаты­вать месторождения твердых полезных ископаемых любой формы, расположенные ниже или выше господствующего уровня земной поверхности, при любой крепости горных пород. Основным усло­вием при выборе открытого способа разработки является возмож­ность получения лучших технико-экономических показателей, чем при подземных работах.

Основные понятия, элементы и параметры карьера

При разработке месторождений открытым способом горные по­роды в пределах контуров карьера разделяют на отдельные гори­зонтальные слои. Каждый верхний слой разрабатывают с опереже­нием по отношению к нижнему, в результате чего карьер приобре­тает уступную форму (рис. 81).

Рис. 81. Элементы и параметры карьера: 12 и з4 —[верхний и нижний конечные контуры карьера; 1з и 2—4 — конечные контуры бортов карьера; 15 и 2—б — нерабочие борта карьера; 57 — рабочий борт карьера; в—7 — подошва карьера; S — нераоочие уступы; 9 — рабочие уступы; 10 — откосы уступов; 11 — рабочие площадки; 12 — бер­мы; 13 — заходки; 14 — траншея; is — горизонты карьера; Н — конечная глубина карьера; а — угол откоса рабочего борта карьера; β1 β2— углы отко­сов нерабочих бортов карьера

Часть толщи горных пород в карьере, имею­щую рабочую поверхность в форме ступени и раз­рабатываемую самостоя­тельными средствами вы­емки и транспорта, называ­ют уступом (рис. 82, а). Часть уступа по его вы­соте, разрабатываемую са­мостоятельными средства­ми выемки, но обслужи­ваемую транспортом, об­щим для всего уступа, называют подуступом (рис. 82, б).

Уступ имеет площадки, откос и бровки (рис. 83). Плошадкой уступа называют горизонтальную поверх­ность, ограничивающую уступ по высоте; различают нижнюю и верх­нюю площадки уступа. Откосом уступа называют наклон­
ную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработан­
ного пространства. Уг.ол между откосом уступа и горизонтальной
плоскостью называют углом откоса уступа. Линии пе­
ресечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками назы­вают соответственно верхней и нижней, бровкамиуступа.

Поверхность уступа, являющаяся непосредственным объектом горных работ и перемещающаяся в результате ведения этих работ,

называется з а б о е м у с т у п а. Забоем служит торец уступа, а иногда его откос.

Уступ разрабатывают последовательными параллельными полосами, называемыми з а х о д к а м и. Часть заходки по ее длине, разрабатываемую самостоятельными блоком (рис. 84). Разделение заходки на блоки позволяет отра­ботку уступа вести одновременно несколькими забоями.

Читать еще:  Состав работ при ремонте откосов

Площадка уступа, на которой располагают выемочное оборудова­ние, предназначенное для разра­ботки этого уступа, называют р а-бочей пло щ а д к о й ус­тупа.

Часть уступа по его длине, под­готовленная для разработки, на­зывается фронтом работ уступа. Подготовка фронта

Рис. 82. Уступы и подуступы: h — высота уступа; hit h„ — высота под-уступов; 1,2, з — транспортный горизонт.

работ заключается главным образом в подводе транспортных путей и линий электропередач. Суммарная протяженность фронтов работ уступов составляет фронт работ карьера.

Каждому уступу присваивается высотная отметка, обычно соот­ветствующая горизонту расположения транспортных путей уступа.

Отметки применяют абсолютные, относительно уровня моря, или условные, относительно принято­го пункта на поверхности. Пло­щадку уступа, характеризуемую высотной отметкой, называют го­ризонтом.

Рис. 83. Элементы уступа: 1,2 — нижняя и верхняя площадки ус­тупа; з — откос уступа; 4,5 — нижняя и верхняя бровки уступа; в — забой; 7 и 8 — направление подвигапия забоя и фронта работ; а — угол откоса уступа.

Боковые поверхности, ограни­чивающие карьер, называют бор­тами карьера. Они явля­ются совокупностью откосов и пло­щадок отдельных уступов. Борт карьера, на котором производят горные работы, называют рабо­чим бортом, в противном слу­чае его называют нерабочим. Соответственно уступы, составля­ющие рабочий борт карьера, называют рабочими, уступы на нерабо­чем борту карьера — нерабочими.

Нижнюю, обычно горизонтальную поверхность, называют по­дошвой карьера.

Линию пересечения бортов карьера с поверхностью называют верхним контуром, а с подошвой карьера — нижним контуром карьера. Положение верхнего и нижнего

контуров карьера при производстве горных работ меняется. Контуры, достигнутые к моменту погашения открытых горных работ, называют конечными контурами карьера. Им соответствуют конечные размеры карьера.

Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры карьера, называют общим откосом борта карьера. Условную поверхность, проходящую через нижние бровки верхнего и нижнего рабочих уступов, называют откосом

рабочего борта карьера. Углом откоса борта карьера называют угол между откосом борта и горизонтальной плоскостью. Горизонтальные площадки на нерабочем борту карьера назы­вают бермами. Различают транспортные и предохра-

нительные бермы. Транспортные бермы служат для разме­щения транспортных путей, по которым осуществляется грузо-транспортная связь между рабочими площадками в карьере и по­верхностью. Предохранительные бермы предназна­чены для повышения устойчивости борта карьера и для задержания осыпающихся кусков породы.

Доступ с поверхности к рабочим уступам карьера и подготовка отдельных уступов к разработке осуществляют путем проведения

въездных и разрезных траншей — открытых горных выработок обычно трапециевидного сечения и значительной длины (рис. 85). Наклонная траншея, служащая для транспортной связи поверх­ности с рабочими уступами карьера, называется капитальной, ее называют также въездной. Горизонтальная траншея, предназначенная для создания первоначального фронта работ на уступе, называется разрезной. Разрезные траншеи являются продолжением капитальных. При расположении капитальной тран­шеи внутри карьера один из бортов ее отрабатывается, и траншея приобретает форму съезда.

Основными параметрами карьера являются: конечная глубина карьера, размеры карьера по простиранию и вкрест простирания на уровне поверхности и по подошве, углы откосов нерабочих бор­тов, запасы полезного ископаемого и общий объем горной породы в контурах карьера.

Конечная глубина для горизонтальных и пологопада-ющих залежей определяется природными условиями — глубиной залегания пласта полезного ископаемого. Для наклонных и крутых залежей конечную глубину обычно устанавливают при проектиро­вании карьера на основе технико-экономических расчетов. Глубина современных карьеров достигает 300—400 м; проектируются карь­еры глубиной до 700—900 м.

Размеры карьера по подошве устанавливают при оконтуривании залежи на отметке, соответствующей конечной глубине карьера. Минимальные размеры карьера по подошве при­нимают из условий безопасной выемки пород с нижнего уступа: по ширине — не менее 20 м, по длине — не менее 50—100 м._ Раз­меры карьера на уровне поверхности зависят от размеров по подошве, конечной глубины карьера и углов откосов его бортов. Длина карь­еров поверху достигает 3—5 км, ширина 2—4 км и более.

Углы откосов нерабочих бортов карьера устанавливают из усло­вий устойчивости пород, слагающих борт, и возможности размеще­ния на борту карьера транспортных и предохранительных берм. При уменьшении углов откосов нерабочих бортов увеличивается объем вскрышных работ. Поэтому их стремятся принимать более крутыми.

Запасы полезного ископаемого и общий объем горной породы в контурах карьера определяют производственную мощность карьера, срок его суще­ствования и основные технико-экономические показатели открытой разработки.

По положению относительно земной поверхности различают залежи:

горизонтальные (пологие) с углом наклона до 10° (рис. 86, а, б). Такие условия залегания характерны для месторождений угля, марганца и других полезных ископаемых оса­дочного происхождения (буроугольные месторождения Украины, месторождения Никопольского марганцевого бассейна, Керченское

железорудное месторождение и др.). Подобные месторождения обыч­но полностью разрабатывают открытым способом.

Наклонные (с углом падения от 10 до 30°) и крутые (с углом падения более 30°) залежи (рис. 86, в, г) широко распро­странены среди железорудных месторождений, месторождений руд цветных металлов, угля и других полезных ископаемых. При раз­работке наклонных залежей вскрышные породы удаляют только

Рис 86. Основные типы месторождений и возможные схемы карьеров.

состороны висячего бока (рис. 86, в). При разработке крутопада­ющих залежей вскрышные породы удаляют как со стороны висячего, так и со стороны лежачего боков залежи (рис. 86, а).

Особенностью наклонных и крутых залежей является значитель­ное увеличение объема вскрышных пород при увеличении глубины карьера. Поэтому разработку таких месторождений иногда произ­водят комбинированным способом — верхняя часть месторождения разрабатывается открытым способом, нижняя — подземным.

Штокообразные залежи в виде массивных рудных тел неправильной формы (рис. 86, д) часто встречаются среди место­рождений руд черных и цветных металлов и неметаллических по­лезных ископаемых. К таким месторождениям можно отнести Высо­когорское, Гороблагодатское, Коунрадское и др.

Залежи в виде антиклинальных (рис. 86, е) и синклинальных (рис. 86, ж) складок нередко встре­чаются среди угольных месторождений.

Залежи на возвышенности (рис. 86, з) или з а-лежи высотно-глубинного типа (рис. 86, и), верх­няя часть которых находится на возвышенности, а нижняя — ниже-уровня земной поверхности, встречаются в гористой местности. В качестве примера таких залежей можно привести Магнитогор­ское и Бакальское железорудные месторождения, Хибинское месторождение апатитов и др

Рис. 87. Принципиальные схемы открытой разработки:1 — направление подвигания горных работ; г — выработанное пространство; 3 — внутренние отва­лы; 49 — последовательность развития горных работ.

Весьма слож­ные залежи, со­стоящие из большого чис­ла гнезд или свиты пла­стов, иногда сильно нару­шенной тектоническими нарушениями (рис. 86, к). Такие залежи распростра­нены среди рудных и уголь­ных месторождений.

При разработке гори­зонтальных и пологих за­лежей полезных ископае­мых горные работы по до­
стижению конечной глуби­ны карьера подвигают в
горизонтальном направле­нии, и породы вскрыши
размещают во внутренниеотвалы в выработанном
пространстве карьера (рис. 87, а), что значительно упрощает организацию и уменьшает стоимость вскрышных работ. При разработке залежей других типов наряду с подвиганием горных работ в горизонтальном направлении непрерывно ведут работы по углубке карьера (рис. 87,б). Это не позволяет использовать выработанное пространство карьера для размещения вскрышных пород и их размещают во внешние отвалы за пределами карьерного поля.

Дата добавления: 2015-07-14 ; просмотров: 3564 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И. Носова

Факультет горных технологий и транспорта

Кафедра открытой разработки месторождений полезных ископаемых

по дисциплине «Основы геомеханики»

по теме: «Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера»

Читать еще:  Дверной проем с широкими откосами

Проверил: доцент, канд. тех. наук

Выполнил: студент группы 0905

1. Условия залегания и физико-механические свойства пород массива

1.1 Определение коэффициента структурного ослабления и удельного сцепления пород в массиве

1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве

1.3 Усреднение физико-механических свойств массива

2. Обоснование устойчивого результирующего угла откоса борта карьера

2.1 Определение расчетных усредненных свойств массива

2.2 Определение проектного угла устойчивого плоского откоса

Для глубоких карьеров большое экономическое значение имеет максимально возможное увеличение углов откоса борта: снижение на 2-3 0 ведет к росту общего объема вскрыши на 5-10 млн. м 3 на один километр периметра карьера глубиной около 300 м.

С другой стороны, на необоснованно крутых бортах неизбежно развиваются деформации в виде оползней и обрушений. В этом случае на поддержание транспортных коммуникаций в зонах деформаций затрачивается много времени и средств, приходится прибегать к уменьшению размеров взрывных блоков и увеличивать частоту взрывов. Иногда оползневые борта требуют консервации или перепроектирования карьера, что, в свою очередь, ведет к потерям полезного ископаемого, уменьшению размеров карьера в плане, усложнению технологии горных работ.

Из изложенного напрашивается вывод: в конкретных горнотехнических условиях месторождения необходим поиск оптимальных параметров откоса борта и его уступов.

Таким образом, целью геомеханических изысканий является обоснование оптимальных проектных решений, которые обеспечивают, с одной стороны, экономичность производства, с другой — безопасность горных работ.

Геомеханические исследования включают в себя изучение: физико-механических свойств породного массива и изменение их с глубиной; геологических структурных особенностей залегания пород; взаимосвязи напряжений в массиве и деформаций пород в выработках; прогнозирование вероятных деформаций и мероприятия по их предупреждению.

Скальные породы сильнотрещиноватые

Скальные породы сильнотрещиноватые

Скальные породы сильнотрещиноватые

Скальные породы среднетрещиноватые

Скальные породы среднетрещиноватые

Рисунок 1 Поперечное сечение месторождения по лежачему боку залежи: А -нижняя бровка проектного борта карьера; Н — высота борта карьера

Мощность песчано-глинистых отложений, m1, м

Мощность сильнотрещиноватых скальных пород, m2, м

Физико-механические свойства образцов пород и их структурные особенности в массиве

Сильно трещиноватые скальные

Средне трещиноватые скальные

Удельный вес , МН/м 3

Удельное сцепление С, МПа

Угол активного внутреннего трения , град

Среднее расстояние между трещинами, , м

Так как свойства пород заданы для образцов пород, их необходимо пересчитать на условия массива.

Удельное сцепление — это прочность породы на сдвиг, то есть минимальное касательное напряжение, при котором происходит смещение одной части породы по отношению к другой.

Интенсивность трещиноватости — это количество трещин, приходящихся на 1 погонный метр массива , где — среднее расстояние между трещинами всех систем, м.

Коэффициент структурного ослабления можно определить эмпирической формулой

,

где а — коэффициент, учитывающий прочность образца (Со) и характер трещиноватости, Н — высота откоса, для которого производятся геомеханические расчеты, м. Глинистые наносы можно считать монолитными, для них Ксо = 0,8 и сцепление их в массиве снижается незначительно.

Степень снижения прочности характеризуется величиной коэффициента структурного ослабления , где С, Со — удельное сцепление пород в массиве и образце соответственно, МПа. Зная Ксо, можно вычислить для всех типов скальных пород их удельное сцепление в массиве

Результаты вычислений представлены в таблице 3.

1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве

Угол внутреннего трения пород — это угол предельного равновесия, при котором одна часть породы относительно другой находится в равновесии при полном отсутствии сцепления между этими частями. Для снижения влияния ошибки в расчете сил трения, которая может привести к завышению расчетной устойчивости откоса, принимают величину tg всех типов пород в расчетах на 10% ниже: tg = 0.9 * tg , откуда

= arctg (0.9*tg ).

Удельный вес пород в равной степени оказывает влияние на величину как касательных (разрушающих) сил, так и сил трения, поэтому в расчетах принимается = .

Результаты расчетов свойств пород в массиве занесены в таблицу 3 и в таблицу на схеме.

Курсовая работа: Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера

Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И. Носова

Факультет горных технологий и транспорта

Кафедра открытой разработки месторождений полезных ископаемых

по дисциплине «Основы геомеханики»

по теме: «Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера»

Проверил: доцент, канд. тех. наук

Выполнил: студент группы 0905

1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве

Введение

Для глубоких карьеров большое экономическое значение имеет максимально возможное увеличение углов откоса борта: снижение на 2-30ведет к росту общего объема вскрыши на 5-10 млн. м3 на один километр периметра карьера глубиной около 300 м.

С другой стороны, на необоснованно крутых бортах неизбежно развиваются деформации в виде оползней и обрушений. В этом случае на поддержание транспортных коммуникаций в зонах деформаций затрачивается много времени и средств, приходится прибегать к уменьшению размеров взрывных блоков и увеличивать частоту взрывов. Иногда оползневые борта требуют консервации или перепроектирования карьера, что, в свою очередь, ведет к потерям полезного ископаемого, уменьшению размеров карьера в плане, усложнению технологии горных работ.

Из изложенного напрашивается вывод: в конкретных горнотехнических условиях месторождения необходим поиск оптимальных параметров откоса борта и его уступов.

Таким образом, целью геомеханических изысканий является обоснование оптимальных проектных решений, которые обеспечивают, с одной стороны, экономичность производства, с другой — безопасность горных работ.

Геомеханические исследования включают в себя изучение: физико-механических свойств породного массива и изменение их с глубиной; геологических структурных особенностей залегания пород; взаимосвязи напряжений в массиве и деформаций пород в выработках; прогнозирование вероятных деформаций и мероприятия по их предупреждению.

Скальные породы сильнотрещиноватые

Рисунок 1 Поперечное сечение месторождения по лежачему боку залежи: А -нижняя бровка проектного борта карьера; Н — высота борта карьера

Номер варианта1
Глубина карьера, Н, м360
Мощность песчано-глинистых отложений, m1, м15
Мощность сильнотрещиноватых скальных пород, m2, м200
Срок службы карьера, лет25

Физико-механические свойства образцов пород и их структурные особенности в массиве

Тип пород и их свойства
Песчано-глинистые отложенияСильно трещиноватые скальныеСредне трещиноватые скальные
Удельный вес , МН/м30,025 0,034 0,035
Удельное сцепление С0, МПа0,03 11,4 11,6
Угол активного внутреннего трения , град21 33 30
Среднее расстояние между трещинами, , м 0,24 0,5

1. Условия залегания и физико-механические свойства пород массива

1.1 Определение коэффициента структурного ослабления и удельного сцепления пород в массиве

Так как свойства пород заданы для образцов пород, их необходимо пересчитать на условия массива.

Удельное сцепление — это прочность породы на сдвиг, то есть минимальное касательное напряжение, при котором происходит смещение одной части породы по отношению к другой.

Интенсивность трещиноватости — это количество трещин, приходящихся на 1 погонный метр массива , где — среднее расстояние между трещинами всех систем, м.

Коэффициент структурного ослабления можно определить эмпирической формулой

где а — коэффициент, учитывающий прочность образца (Со) и характер трещиноватости, Н — высота откоса, для которого производятся геомеханические расчеты, м. Глинистые наносы можно считать монолитными, для них Ксо = 0,8 и сцепление их в массиве снижается незначительно.

Степень снижения прочности характеризуется величиной коэффициента структурного ослабления , где С, Со — удельное сцепление пород в массиве и образце соответственно, МПа. Зная Ксо, можно вычислить для всех типов скальных пород их удельное сцепление в массиве

Результаты вычислений представлены в таблице 3.

1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве

Угол внутреннего трения пород — это угол предельного равновесия, при котором одна часть породы относительно другой находится в равновесии при полном отсутствии сцепления между этими частями. Для снижения влияния ошибки в расчете сил трения, которая может привести к завышению расчетной устойчивости откоса, принимают величину tgвсех типов пород в расчетах на 10% ниже: tg= 0.9 * tg, откуда

Читать еще:  Коэффициент заложения откоса суглинок тяжелый

Удельный вес пород в равной степени оказывает влияние на величину как касательных (разрушающих) сил, так и сил трения, поэтому в расчетах принимается = .

Результаты расчетов свойств пород в массиве занесены в таблицу 3 и в таблицу на схеме.

трещиноватые скальные

1.3 Усреднение физико-механических свойств массива

Из т. А (нижняя бровка откоса) проводим линию плоского откоса АВ под углом к горизонтали . Дугу линии скольжения проводят следующим образом: от верхней бровки откоса В отмеряют 0,25*Н — 0,25* 360 = 90 м, по верхней площадке (т. С). Из конца этого отрезка проводят луч под углом сдвига наиболее прочных пород массива к вертикали, или 300. Из нижней бровки проводят луч под тем же углом к откосу. Пересечение перпендикуляров, восстановленных к этим лучам в т. А и В, указывает центр дуги линии скольжения. Призма САВ является участком усреднения свойств пород.

Усредненная величина удельного сцепления

где С1. .3 — удельное сцепление пород, l1. .3 — длина участков линии скольжения:

По схеме находим: l1 =24 м, l2 = 200 м, l3 = 350 м

Усредненный удельный вес пород

где — удельный вес пород всех типов, m1,2,3 — вертикальная мощность пластов пород всех типов:

Средний по блоку удельный вес определяется как средневзвешенный в соответствии с долевым участием разных типов пород

где S1,2,3 — площадь блока, занимаемая различными породами, Si — общая площадь i- го вертикального блока.

Величина нормального напряжения , где — средний по i-му вертикальному блоку удельный вес пород, МН/м3, hi — высота i-го блока, м, — угол между направлением и вертикалью.

= 0,025 * 14 * cos2 52є = 0,13 мН/м2

= 0,033 * 128 * cos2 45є = 2,11 мН/м2

= 0,0345 * 130 * cos2 25є = 3,68 мН/м2

Усредненный угол внутреннего трения

Результаты расчетов усредненных показателей заносим в таблицу на схеме.

2. Обоснование устойчивого результирующего угла откоса борта карьера

2.1 Определение расчетных усредненных свойств массива

Коэффициент запаса устойчивости — это величина, показывающая относительное превышение прочности массива по сравнению со сдвигающимися напряжениями. Для карьеров со сроком службы до 25 лет можно принять Кзу=1,3, более 25 лет — Кзу =1,4.

По условию срок службы карьера 25 лет, значит, Кзу = 1,3.

Для определения угла откоса борта с заданным запасом используют известную зависимость H = f (a), где Н — высота откоса, а = его угол, Кзу = 1.

Параметры определим по расчетным механическим свойствам:

= arctg (tg 28,3є / 1,3) = 22,5є

Расчетная высота вертикального обнажения пород:

= (2*0,39/0,034) *ctg (45є — (22,5є /2)) = 34 м

H’ = Н / Н90 (р) = 360/35 = 10,59

2.2 Определение проектного угла устойчивого плоского откоса

По величине H’ и на графике Фисенко определяем угол устойчивого откоса =35є.

На схеме поперечного сечения месторождения строим результирующую линию устойчивого откоса борта под углом .

3. Построение наиболее вероятной линии скольжения в проектном борту

Это теоретически обоснованное положение поперечного сечения поверхности, по которой деформация сдвига пород откоса вероятна в наибольшей степени, то есть расчетная величина коэффициента запаса устойчивости по ней является минимальной.

Определим фактическую высоту вертикального обнажения усредненных пород массива

На глубине Н90 от верхней площадки борта проводим горизонтальную линию.

Из верхней бровки откоса опустим вертикальный луч, который является линией направления наибольшего главного напряжения в точке а, из которой проводят луч под углом сдвига = 45є — 28,3є/2 = 30,85є к вертикали. Этот угол является постоянной величиной, определяющей в каждой точке массива направление касательных напряжений (сдвига) по отношению к направлению наибольших главных напряжений.

Средний угол наклона дуги линии скольжения

Вертикаль из т. d показывает вероятное положение трещины отрыва при деформации откоса. Размер площадки fc называют шириной призмы скольжения.

4. Расчет общей устойчивости проектного плоского откоса борта

Использование усредненных свойств пород в расчетах обуславливает значительные ошибки в определении угла откоса с заданными Кзу. Поэтому требуется проверка проектного откоса по условию его устойчивости.

Для откосов, сложенных разнопрочными породами, для расчета величины коэффициента запаса устойчивости обычно используют «метод алгебраического сложения сил».

Расчет сил в блоках выполнен по формулам:

Расчет сил по линии скольжения

Номер блока iШирина В, мВысота h, мУдельный вес пород γ, мН/м3Сила тяжести Р, мНУгол сдвига β, градКасательная сила Т, мННормальная сила N, мНУгол внутреннего трения φ, градСила трения Fт, мНУдельное сцепление С, МПаДлина основания блока L, мСила сцепления Fс, мН
150500,034854863,256,930,333,20,497637,2
251700,034121,44788,882,830,348,40,497235,3
350820,034139,44089,6106,830,362,40,496632,3
452880,035160,03796,4127,927,566,60,566536,4
550890,035155,83384,9130,727,568,00,566033,6
650830,035145,32561,4131,727,568,60,565731,9
751710,035126,72247,5117,527,561,20,565530,8
852550,035100,11932,694,627,549,20,565530,8
951370,03566,01517,163,827,533,20,565329,7
1050270,03547,311946,427,524,20,565128,6
Сумма сил590,5515,0326,6

Коэффициент запаса устойчивости

удерживающие силы: сумма сил трения и сумма сил сцепления соответственно, — сдвигающие силы: сумма касательных сил, МН.

Принятый проектный угол откоса борта удовлетворяет условию устойчивости откоса с усредненными свойствами пород.

5. Расчет местной устойчивости проектного откоса из глинистых пород

Прочность усредненных пород значительно выше прочности пород наносов, поэтому часть откоса принадлежащая слабым породам, требует проверки его устойчивости и соответствующей корректировки борта.

Расчет коэффициента запаса местной устойчивости этой части откоса можно выполнить методом «касательных напряжений».

= 45є — 19є/2 = 35,5є

Вычертим схему поперечного сечения части откоса по глинистым наносам в масштабе 1: 200 или 1: 500, построим наиболее вероятную линию скольжения, используя свойства глинистых наносов и высоту, равную их вертикальной мощности m1. Наметим равномерно расположенные расчетные точки линии скольжения 0,1,. .6. и рассчитаем для каждой точки:

Сопротивление пород сдвигу

Все результаты замеров и расчетов заносим в таблицу 5.

Касательные напряжения и сопротивление сдвигу

номер расчетной точкивысота пород над точкой h, мугол сдвига β, градсопротивление пород сдвигу, МПакасательные напряжения, МПа
40,020,00
13,2120,0460,016
25,2240,0570,048
36,0370,0530,072
45,8460,0440,073
53,5550,030,041
62,2900,020,00

Строим координатную сетку, у которой горизонтальной осью служит развертка линии скольжения, вертикальная — ось касательных напряжений, и эпюры и по полученным результатам (таб.5).

Замеряем площади построенных эпюр и определяем коэффициент запаса устойчивости = 60,9/63,1 = 0,97

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector