Npdpk.ru

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

Угол наклона откоса уступа

Устойчивость уступов и бортов карьеров

Наблюдение за устойчивости бортов карьера

Устойчивость бортов карьера.

Проблема устойчивости откосов вообще и бортов карьеров в частности опирается на решение четырех основных вопросов, касающихся:

— обоснования метода расчета;

— выбора исходных данных для расчета;

— разработки и внедрения противодеформационных мероприятий.

Основные характеристики массива, обуславливающие устойчивость бортов и уступов это прочность, геологическое строение, структура, тектоническая нарушенность и степень обводненности.

С целью обеспечения устойчивости откосов могут быть применены следующие методы и средства:

— укрепление слабых участков откосов;

— снятие напоров грунтовых вод при их наличии;

— своевременное осушение карьера.

Устойчивость уступов и бортов карьеров

Ноябрь 9, 2012

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых очень важно обеспечить устойчивость уступов, бортов карьеров и отвалов и не допустить их деформации в течение всего периода строительства и эксплуатации карьера.

Из большого числа факторов, от которых зависит устойчивость откосов, определяющей является группа геологических факторов (состав, состояние, строение и свойства горных пород). Эти факторы определяют условия деформации массива и выбор расчетных схем устойчивости откосов, характер противодеформационных мероприятий и величины показателей, закладываемых в расчеты.

Из группы гидрогеологических факторов основным является влияние подземных вод , изменяющих свойства массива (вследствие выщелачивания трещиноватых карбонатных пород, набухания глинистых пород и пр.) и напряженное состояние (из-за гидростатических и гидродинамических сил). Кроме того, под воздействием гидродинамического давления может происходить фильтрационное разрушение откосов (оплывание и суффозия).

Обводненность контактных зон и структурных нарушений приводит к деформациям откосов (за счет снижения прочности пород на контактах) и внезапному прорыву вод.

Третью группу составляют технологические факторы.

Необходимо учитывать, что от параметров вскрывающих выработок, положения их относительно контура карьера и срока службы зависит интенсивность развития в массиве реологических процессов и выветривания пород. Неудачно выбранное направление ведения горных работ в плане и по вертикали может привести к развитию в массиве деформационных процессов (подрезка контактов слоев или нарушений и пр.). При высокой скорости подвигания фронта горных работ в массиве не успевают развиваться деформационные и реологические процессы, что позволяет придавать откосам рабочих уступов более крутые углы наклона. Размещение отвалов в выработанном пространстве увеличивает сопротивление сдвигающим усилиям прибортового массива пород.

Борта карьеров могут иметь участки вогнутой, выпуклой и прямолинейной формы в плане. Установлено, что при прочих равных условиях откосы, имеющие в плане вогнутую форму, более устойчивы, чем плоские.

Буровзрывные работы обусловливают сейсмический эффект, образование в приоткосном массиве уступа зон пониженной прочности, а также неустойчивой поверхности самого откоса уступа. Для снижения вредного воздействия взрывов при постановке уступов в конечное положение необходимо: изменять параметры буровзрывных работ; применять (с учетом конкретной обстановки) короткозамедленное взрывание скважинных зарядов малого диаметра и контурное взрывание , заряды с инертными сердечниками; располагать ряды скважин под углом 60—90° к контуру борта; применять экранирующие врубы; использовать искусственное укрепление уступов; вводить в расчеты повышенный коэффициент запаса устойчивости.

Различают следующие виды деформаций карьерных откосов: осыпи, характеризующиеся смещением и отрывом отдельных кусков пород, по мере накопления осыпей на площадках уступов откосы уступов выпола-живаются и образуется сплошной откос недопустимо большой высоты, что вызывает необходимость очистки берм и увеличения их ширины, осыпи характерны для пород, склонных к выветриванию; оползни, характеризующиеся смещением пород по наклонной поверхности, положение которой чаще всего предопределено строением массива (поверхность контакта, трещина и пр.);

оплывины, происходящие в результате фильтрационного выпора и суффозии пород; этот вид деформаций наблюдается главным образом при строительстве карьера в водонасыщенных мягких породах;

просадки, представляющие собой вертикальное опускание участков массива, вызванное, например, наличием карстовых полостей в нижележащих породах; обрушения, отличающиеся от оползней более высокой скоростью развития деформаций.

Для определения причин деформаций уступов и бортов карьеров, а также для разработки мероприятий по их прогнозированию и предотвращению необходимо в период строительства и эксплуатации карьеров обеспечить непрерывное наблюдение за устойчивостью откосов. В результате наблюдений и замеров должны быть определены:

условия, в которых возник и развился процесс деформации (тип пород, структура массива, высота и угол откоса уступа, время стояния откоса до начала деформации);

характеристика процесса нарушения устойчивости массива, начиная с момента развития микроподвижек (тип нарушения, продолжительность процесса и его скорость в период возникновения, развития и затухания, размер нарушенного участка и т. д.); характеристика степени снижения устойчивости массива под воздействием атмосферных осадков и выветривания; характеристика степени снижения устойчивости массива в зависимости от скорости подвигания фронта горных работ.

Устойчивость уступа (борта) карьера или отвала обычно оценивается расчетными методами. При этом решают одну из двух зядач:

1) находят коэффициент запаса устойчивости У у реально существующего откоса с определенными параметрами: высотой Я’я углом наклона а;

2) задаются величинами А|у и Я и определяют величину устойчивого угла откоса av. *.J

Первую задачу обычно решают в один из периодов разработки месторождения (строительство, эксплуатация, погашение), вторую при проектировании карьера.

Большинство распространенных в настоящее время методов расчета основано на определении сдвигающих и удерживающих сил, действующих по наиболее вероятной поверхности скольжения. Определение положения поверхности скольжения карьерного откоса и ее формы является наиболее важным этапом расчета.

Расчет устойчивости проводится с учетом запаса прочности, выражаемого величиной коэффициента запаса устойчивости Т]У. Его значение следует определять с большой точностью, так как занижение может привести к обрушению уступа (борта), повреждению оборудования и к несчастным случаям, а завышение — к излишнему выполаживанию и в связи с этим к увеличению объемов вскрышных работ.

Различают краткосрочную и долгосрочную устойчивость откосов, которыми должны обладать соответственно с. рабочие и нерабочие уступы. Коэффициент запаса устойчивости рабочих уступов ту=1,15-1,2, а нерабочих уступов в глинистых и трещиноватых скальных и полускальных породах У = 1,5-2,0.

При предварительном выборе углов откоса рабочих и нерабочих уступов целесообразно пользоваться данными табл. 1.2. Для уточнения значений углов, особенно при неустойчивых породах или неблагоприятном залегании поверхностей ослабления, необходимо проводить натурные исследования и расчеты устойчивости откосов.

22.3. Методы расчёта устойчивости уступов и бортов карьеров.

Существующие расчетные методы условно можно разделить на две группы — строгие и приближенные.

В расчетах по строгим методам используют математический аппарат механики сплошных сред. В практике горного дела наибольшее распространение получили приближенные методы, основанные на допущении, что сдвижение происходит по определенным для данных условий поверхностям, по которым сдвигающие силы превышают удерживающие. Исходя из этого допущения, основное условие устойчивости горных пород в откосах может быть записано в виде:

SSi>STi , (22.1)

где SSi — сумма сил, удерживающих откос от сдвига по наиболее слабой поверхности; STi —сумма сдвигающих сил по этой поверхности.

Отношение суммы удерживающих сил к сумме сдвигающих носит название коэффициента запаса устойчивости (n = SSi/STi). Наиболее слабой является та поверхность, по которой это отношение наименьшее. Поверхность, по которой действуют силы с отношением n = 1, называют предельно напряженной или поверхностью скольжения.

Форма и местоположение в массиве поверхностей скольжения зависят от ориентировки в пространстве тектонических нарушений, слоистости, сланцеватости и других крупных поверхностей ослабления, от механических характеристик и объемного веса пород, от высоты и угла наклона откоса. Существенное влияние на устойчивость откосов оказывает также наличие водоносных горизонтов, водоемов, открытых и подземных водостоков в окрестностях карьера.

При расчетах устойчивости откосов рассматривают обычно две формы поверхностей скольжения: плоскую и круглоцилиндрическую.

Плоскую форму принимают в тех случаях, когда углы падения пород, слагающих откос, больше угла внутреннего трения по контактам слоев и меньше угла рабочего откоса уступа, т. е. в условиях, при которых происходит подрезка контактов между слоями. Плоская поверхность скольжения наблюдается и в тех случаях, когда происходит подрезка дизъюнктивных нарушений или ярко выраженных трещин, падающих в сторону выемки под углами, превышающими угол внутреннего трения пород.

Читать еще:  Обрамление для внутренних откосов

В остальных случаях при расчетах устойчивости откосов в связных горных породах (преимущественно при однородном или слоистом строении массива) принимают, как правило, круглоцилиндрическую поверхность скольжения.

Сопротивление сдвигу горных пород является величиной переменной, зависящей от ряда факторов, в том числе от нормальных напряжений, действующих по поверхности сдвига, т. е. t = f(sn). Обычно эту зависимость представляют в графической форме. В общем виде она криволинейна, однако в определенных пределах может быть заменена прямой

t =to+sn tgj, (22.2)

где to—сцепление горной породы; (j—угол внутреннего трения, тангенс которого является коэффициентом внутреннего трения; sn и t—нормальная и касательная составляющие напряжений по предельно напряженным площадкам, из которых слагается поверхность скольжения.

Большая протяженность бортов дает возможность при расчете их устойчивости ограничиваться решением плоской задачи объемного напряженного состояния.

Профессор Г.Л. Фисенко разработал формулы, по которым определяются предельная высота вертикального откоса в слоистом массиве, когда слои падают в сторону массива или, наоборот, в сторону выемки.

При круглоцилиндрической поверхности скольжения оценку устойчивости откосов производят следующим образом.

Участок откоса АБВ (рис 22.2), ограниченный поверхностью скольжения АВ1В, делят на ряд вертикальных полос 1, 2, 3. одинаковой ширины а. Принимая средние высоты полос условно за их веса Qi, разлагают последние на касательные и нормальные составляющие к поверхности скольжения.

Рис 22.2 Схема к расчету устойчивости откоса при круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Просуммировав отдельно отрезки касательных и нормальных составляющих (с учетом их масштаба) и измерив длину расчетной поверхности скольжения L, составляют соотношение:

fcpSNi+Ltcp

В этом выражении знаменатель представляет сумму сил, сдвигающих оползневой клин, а числитель—удерживающих его. При этом, чем больше значение n, тем более устойчив откос. При n = 1 откос находится в состоянии предельного равновесия.

В верхней части откоса часто наблюдается поверхность отрыва BB1 (вертикальная трещина), высота которой может быть определена по специальной формуле. При появлении поверхностей отрыва значение расчетной силы сцепления уменьшается. Поэтому при расчетах следует принимать L, равное длине линии скольжения AB1, т. е. не включать в нее высоту трещины отрыва hp/2.

При расчетах устойчивости уступов и бортов карьеров по круглоцилиндрической поверхности большую сложность представляет определение её местоположения. Иногда это делают методом последовательного приближения, что связано с трудоемкими вычислениями, профессор Г. Л. Фисенко предложил определять её местоположение, используя положения теории сыпучей среды.

Поверхность скольжения можно построить и по данным маркшейдерских наблюдений. Если направления векторов от верхнего основания откоса к нижнему постепенно выполаживаются, а значения их остаются примерно одинаковыми, то это свидетельствует о движении сползающей части уступа как одного целого. В этом случае поверхность скольжения строят так, как показано на рис. 22.3.

Рис. 22.3 Построение поверхности скольжения по данным маркшейдерских наблюдений (стрелками указаны векторы сдвижения).

Положение поверхности скольжения оползня можно определить также путем инклинометрических измерений в скважинах, пробуренных в оползневом массиве. С помощью этих измерений определяют искривление ствола скважины и по измеренному значению его кривизны на отдельных интервалах устанавливают местоположение поверхности скольжения оползня, поскольку наибольшим искривлениям подвергается отрезок скважины, расположенный в зоне формирования поверхности скольжения.

Для ориентировочного определения углов наклона бортов карьеров «Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов, уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости, Л, ВНИМИ, 1971» рекомендует пользоваться значениями, представленными в табл. 22.1, составленной на основании результатов многолетних наблюдений за устойчивостью откосов в различных горно-геологических условиях.

Рекомендуемые значения углов наклона бортов карьеров для различных горно-геологических условий.

и общая характеристика пород, слагающих борта карьера

Геологические условия и основные факторы, оказывающие влияние на углы наклона бортов.

Угол наклона, град.

I-а. Преимущественно крепкие слаботрещиноватые породы.

I-б. Крепкие породы с интенсивной трещиноватостью.

Ширина берм, высота уступов (одиночных или сдвоенных) и угол их откосов, зависящие от углов падения в сторону карьера поверхностей ос-лабления (слоистости, сланцеватости, тектонических нарушений и крупных трещин).

При отсутствии неблагоприятно ориентированных поверхностей ослаб-ления.

II. Наряду с крепкими породами в борту залегают хлоритовые, серицитовые и талькохлоритовые сланцы, выветренные уплотнён-ные песчано-глинистые породы.

Борт лежачего бока при падении слоёв под углом более 40 0 и при глубине более 200 м. При отсутствии поверх-ностей ослабления большого протяже-ния, падающих в сторону карьера.

При наличии поверхностей ослабле-ния, падающих в сторону карьера.

При мульдообразном залегании слоёв.

III. Борта или их участки сложены рыхлыми (слабоуплотнёнными) и несвязными осадочными или полностью дезинтегрированными (выветрелыми) породами

Преобладают песчано-гравийные, ме-ловые, выветрелые, изверженные и другие хорошо дренированные отло-жения; в нижней части бортов нет пластичных глин и поверхностей ослабления.

В средней или нижней части борта имеются горизонтальные или согласно падающие поверхности ослабления или слои пластичных глин; основание откоса сложено пластичными глинами.

Рассмотренные методы расчёта устойчивости уступов и бортов карьеров не учитывают особенностей высоконапряжённых массивов, сложенных скальными породами. К ним относятся:

гравитационно-тектоническое поле естественных напряжений;

иерархично блочное строение.

Вследствие этих особенностей нарушения устойчивости уступов и бортов карьеров происходят в виде образования вывалов пород, ограниченных структурными неоднородностями различных порядков.

Здесь, по аналогии с подземными выработками, также может быть выделена некоторая «ослабленная зона», в пределах которой связи между отдельными структурными блоками существенно нарушаются под совокупным воздействием динамических технологических нагрузок (главным образом, от взрывных работ), процессов перераспределения статических полей напряжений и процессов выветривания пород.

Как показывают результаты наблюдений и инструментальных измерений мощность этой «ослабленной зоны» может достигать нескольких метров.

Поскольку качественной разницы между процессами образования «ослабленной зоны» в подземных выработках и при открытой разработке скальных месторождений нет, здесь может быть применён тот же метод расчёта параметров «ослабленной зоны», который рассматривался нами ранее.

Преимуществом этого метода является точный учёт статического поля напряжений, особенно это важно сточки зрения возможности прямого учёта горизонтальных напряжений тектонического происхождения, а также дифференцированный подход к учёту прочностных свойств именно тех структурных неоднородностей (эффективных структурных неоднородностей), по которым возможно разрушение и образование вывалов пород, т.е. нарушение устойчивости уступов и бортов.

В результате применения этого метода в условиях Ковдорского комплексного апатит-бадделеит-магнетитового месторождения оказалось возможным для отдельных участков карьера рекомендовать конструкцию борта с вертикальными уступами высотой 30 м.

Проектирование процессов открытых горных работ. Выбор рациональной модели бульдозера на отвалообразованиях , страница 3

3.2. В соответствии с рекомендациями «Гипроруды» принимаем углы откоса рабочего уступа и уступов при погашении бортов. При этом следует иметь в виду, что по правилам безопасности угол откоса рабочего уступа не может превышать 80 град. Угол откоса уступа 90 град возможен только на карьерах по добыче блоков облицовочного камня.

Угол откосов уступов

Характеристика пород, слагающих уступ

Высота рабочего уступа, м.

Угол откоса уступа, град.

I. Крепкие скальные

Крепкие слаботрещиноватые и слабовыветрелые

3.3. Рассчитать глубину перебура, м..

где h – высота уступа, м.

3.4. Вычислим длину, м, скважины

где – угол наклона скважины к горизонту, град.

3.5. Определим средний оптимальный размер куска , м, взорванной горной массы по формуле

,

где Е – вместимость ковша принятой модели экскаватора, м 3 .

4. Режим бурения и производительность

буровых станков.

4.1. Для принятой в главе 2 модели бурового станка установим рациональные параметры режима бурения с учетом технической характеристики станков.

Выбирая параметры режимов бурения придерживаемся правила, что нельзя одновременно принимать максимальные значения частоты вращения и осевого усилия. С увеличением Пб возрастает усилие подачи и уменьшается частота вращения и наоборот. При бурении наклонных скважин усилие подачи на долото снижают на 20-25%.

Диаметр долота, мм

Глубина бурения, м

Частота вращения, с-1

Усилие подачи, кН

Угол наклона скважины к вертикали, град

4.2. С учетом принятых параметров режима бурения определяем техническую скорость, м/час, выбранного станка с учетом величины Пб, установленной в главе 1.

Читать еще:  Металлические нащельники для откосов

==3,1 м/час

где dд – диаметр долота, м. ; Ро – усилие подачи, кН; nо – частота вращения бурового става, с -1

4.3. По величине Vб, установленной для базового варианта свойств горных пород, вычислить сменную эксплуатационную производительность, м/смену, бурового станка

где Тсм – продолжительность смены, ч; Тпер – длительность ежесменных перерывов в работе 0.91.3, ч; to – основное время бурения 1м скважины, to = 1/Vб, ч; tв – затраты времени на выполнение вспомогательных операций при бурении 1м скважины, ч.

Величину tв на карьерах устанавливают по фотографиям рабочего дня, фиксируя в них продолжительность всех вспомогательных операций. Для учебных расчетов можно воспользоваться рекомендациями В.В. Ржевского: при шнековом бурении tв =1,54,5 мин, при шарошечном – 2 4 мин, при пневмоударном – 4 8 мин. Максимальные значения tв соответствуют большей величине Пб.

Ежесменные простои буровых станков обусловлены необходимостью выполнения подготовительно-заключительных операций, регламентированными перерывами, аварийными остановками и ремонтами, сверхнормативными затратами времени на технологические операции.

4.4. Сопоставить полученные значения Qб с нормативной производительностью буровых станков. Если расчетная величина Q б меньше нормативной или превышает ее не более, чем на 10%, для дальнейших вычислений принимают Qб. В противном случае — нормативную производительность буровых станков.

4.5. Определить годовую производительность принятой модели бурового станка, (м)

где Nр.с – число рабочих смен бурового станка в течение года с учетом их целосменных простоев, вызванных плановыми и неплановыми ремонтами и другими видами организационных и эксплуатационно-технологических перерывов, ед.

5. Проектный удельный расход взрывчатых веществ.

Конструкция скважинного заряда.

5.1. В соответствии со свойствами пород и обводненностью скважин выбрать тип ВВ. Следует иметь в виду, что ВВ расположены в ней в порядке предпочтения. Наиболее дешевыми и достаточно эффектными являются простейшие ВВ, изготавливаемые на прикарьерных пунктах и в смесительно-зарядных машинах.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Методика оценки блочности горных пород в массиве и в откосах уступов карьера рудника «Железный» Ковдорского гока

Выбор рациональной схемы производства буровзрывных работ на карьерах основывается главным образом на качественной оценке геолого-структурных особенностей разрабатываемого массива, ключевым звеном которой является определение блочности (размера отдельности) горных пород.

Существующие способы оценки блочности пород либо сложны в исполнении и неоднозначны по своим результатам (сейсмо-акустический и по энергоёмкости бурения шарошечных скважин), либо требуют большого объёма натурных исследований (геологический). Применяемые дистанционные (фотометрические) методы оценки блочности пород в уступах карьера обладают большой погрешностью (относительное расхождение достигает 25 %), поскольку, как правило, не учитывают искажения на фотоснимках реальных угловых и линейных параметров зафиксированных на них объектов.

Исследование распространения трещиноватости вглубь массива, наравне с изучением блочности пород в уступах карьера, является важным этапом в изучении трещинно-блочной структуры месторождения. Для исследования трещиноватости в массиве выполняется изучение керна, применяется ряд геофизических методов (сейсмометрические, электрометрические, радиоактивные и др.), но они не позволяют с достаточной точностью установить позиции плоскостей ослабления массива и их пространственную ориентировку.

Специалистами ОАО «ВИОГЕМ» разработана и апробирована в условиях Ковдорского месторождения апатит-магнетитовых руд комплексная методика оценки блочности породного массива, включающая в себя дистанционный фотометрический метод определения размера отдельности в откосах уступов карьера и видеометрические исследования стенки скважин.

Сущность фотометрического метода сводится к определению размера отдельности по фотоснимку откоса уступа. Для этого вдоль нижней бровки уступа с помощью мерной ленты производится разбивка маршрута пикетами через 20 м. Съёмка уступа выполняется обычно с противоположного борта карьера, а при отсутствии такой возможности – с бермы уступа (в том случае, если её ширина не менее 15 м).

Для устранения искажений, связанных с фотографированием неровной поверхности стенки откоса, тахеометром снимают точки на нижней и верхней бровках уступа, соответствующие началу и концу 20-метрового интервала. Далее по результатам съёмки тахеометром характерных точек на поверхности откоса или сканирования её лазерным сканером строится трёхмерная поверхность стенки откоса, которая затем с помощью перспективных преобразований трансформируется в двухмерную плоскость и по заданным точкам совмещается с фотоснимком.

Стенки откосов уступов, поставленных в конечное положение, представляют собой практически ровную поверхность. При фотографировании таких поверхностей искажения возникают только вследствие вертикального наклона самой плоскости откоса. В этом случае целесообразней применять способ перспективного преобразования изображения по линейным размерам запечатлённых на нём объектов. Чаще всего применяются мерные рейки с заданной ценой делений.

Трансформированный снимок подвергается обработке в ручном режиме: исключаются из области определения размера отдельности осыпь в основании уступа и разрушенная зона перебуров взрывных скважин в верхней его части, разными типами линий векторизуют трещины естественных отдельностей. Если на фотографии изображено несколько граней одного блока, то они обрисовываются одним типом линии. На подготовленном таким образом снимке по перпендикуляру между максимально отдалёнными точками каждого контура определяются искомые расстояния (рис. 1).

Сравнительный анализ средних размеров отдельности полученных по двум участкам карьера рудника «Железный» Ковдорского ГОКа по данным ручных измерений и дистанционным (фотометрическим) методом показал их хорошую сходимость (рис. 2).

Читать еще:  Выравнивание откосов дверей раствором

Достоверность метода подтверждается большим количеством измерений блочности (12330) и высокими коэффициентами корреляции, которые составили 0,97 и 0,92 соответственно.

По результатам измерений формируется база пространственно-координированных данных, включающая первичную количественную информацию и описательную (значения размера отдельности горных пород, категория блочности, принадлежность к определенному инженерно-геологическому литотипу, и др.). Все последующие процедуры, составляющие предложенную методику, реализуются через запрос к базе данных.

Итоговым документом является схема районирования карьерного поля по блочности [1]. Геометризация карьерного поля осуществляется автоматически, путём оконтуривания границ интервалов одной категории блочности между смежными задокументированными уступами (рис. 3).

Геометризация карьера в автоматическом режиме не может учитывать факторов, влияющих на размер отдельности (минерально-петрографические типы пород, разрывные нарушения и др.). Уточнения контактов участков с учётом указанных факторов, осуществляется в ручном режиме.

Наиболее перспективными методами оценки блочности в породном массиве являются фото- и видеометрические исследования поверхности стволов скважин. Используя передовой мировой опыт в разработке скважинных фотоаппаратов и телеметрических устройств, институтом ВИОГЕМ была создана скважинная телевизионная установка (СТУ), предназначенная для изучения естественной трещиноватости горных пород в условиях их естественного залегания [2].

В настоящее время продолжается активное внедрение новейших технологий в СТУ. Последняя версия прибора, прошедшая испытания и использованная при работах в карьере рудника «Железный» Ковдорского ГОКа, датируется 2012 г. Основными преимуществами СТУ, разработанной в ОАО ВИОГЕМ, над аналогами иностранного производства являются её низкая стоимость и многофункциональность.

СТУ состоит из трёх основных блоков: скважинный видеозонд и подающие штанги; станция приёма данных, получаемых с видеозонда; источник питания (электрогенератор).

Видеозонд оснащён боковой и фронтальной камерами, причём боковая камера вращается на 360° относительно оси прибора, что позволяет полноценно обследовать поверхность ствола скважины в необходимых местах. Переключение между камерами, управление вращением и настройка резкости и яркости выполняется оператором телесистемы с помощью пульта управления.

Для погружения видеозонда в скважину используется комплект штанг с линейными метками для ориентировки зонда относительно дирекционного азимута.

Изображение, получаемое с видеокамер скважинного зонда, передаётся по кабелю (витая пара) на станцию приёма, обработки и записи данных, расположенную на поверхности. Данная станция собрана на базе персонального компьютера и включает в себя устройство для приёма и оцифровки «на лету» аналогового видеосигнала (видеограббер); персональный компьютер, который производит запись видео на жёсткий диск и вывод изображения на дисплей; сенсорный дисплей, с защитой от механических повреждений и широким диапазоном рабочих температур; пульт дистанционного управления видеозондом.

Источником питания СТУ служит электрогенератор с напряжением 220 В. Электрический ток от генератора подаётся на блок питания станции приёма сигнала, откуда распределяется на саму станцию и скважинный видеозонд.

Процесс подготовки СТУ к съёмке скважины состоит из двух этапов:

  • соединение всех блоков СТУ в единую цепь, при этом тщательно проверяются все узлы установки, целостность кабелей и герметичность скважинного видеозонда. После всех необходимых проверок на СТУ подаётся электрический ток и производится тестирование системы на работоспособность;
  • соединение видеозонда с первой подающей штангой и спуск в скважину. Ориентировка снаряда производится с помощью надетого на кондуктор скважины лимба с градуировкой от 0 о до 360 о . Лимб ориентируется относительно сторон света по дирекционному направлению (измеренному на плане карьера азимуту линии, соединяющей устье скважины с каким-либо ориентиром).

По мере погружения зонда боковая видеокамера непрерывно ведет съёмку стенки скважины в секторе, равном 60 о , с записью видеоролика и передачей изображения на дисплей. По изображению на дисплее устанавливается наличие структурного объекта, требующего более детального изучения и определения элементов залегания. К таким объектам относятся трещины и зоны дробления горных пород.

На глубине нахождения структурного объекта снаряд останавливают и автоматическим вращением боковой видеокамеры на 360 о производят съёмку всей цилиндрической поверхности ствола скважины. Первый кадр съёмки выполняется при известном положении оптической оси объектива видеокамеры, азимут которой равен азимуту снаряда. Оптическая ось объектива на кадре расположена в его центре. Пройдя полный оборот, видеокамера возвращается в исходное положение, снова фиксируя первый кадр. За один период вращения камеры вокруг оси прибора, находящегося в статичном положении, снимается поверхность скважины в интервале 5 см по мощности. Для съёмки крутопадающих структурных объектов необходимо последовательно повторять вращения камеры через определенное расстояние, чтобы след сечения ствола скважины был отснят полностью.

При ручном способе спуска зонда допускается плавное «ведение» вращающейся камеры по глубине за следом сечения ствола скважины структурным объектом; данный метод позволяет быстрее отснять необходимый участок ствола скважины, а также упрощает процесс сшивки кадров в панораму в дальнейшем.

Для определения глубины залегания зафиксированного структурного объекта с помощью рулетки измеряется длина видимого участка штанги, не полностью вошедшей в оголовок скважины. Далее расчёт глубины залегания производится по следующей формуле:

(L_<сн.>) – длина видеозонда (0,97 м);

(L_<шт.>) – длина одной подающей штанги (2 м);

(L_<вид.>) – измеренная длина видимого участка штанги, не полностью вошедшей в оголовок скважины;

n – число полностью вошедших в оголовок скважины штанг;

(h_) – высота оголовка над дневной поверхностью.

Видеометрические наблюденияс опровождаются ведением полевого электронного журнала, в который вносятся следующие данные: дата проведения работ, номер скважины, её азимут и угол наклона, азимут снаряда и оптической оси боковой видеокамеры, глубина обсадки, отметка уровня воды, фиксируются интервалы глубин и время съёмки структурного объекта путём вращения боковой видеокамеры, даётся характеристика объекта.

На основании обработки объединённых данных о трещиноватости массива, полученных при видеометрических исследованиях и изучении керна инженерно-геологических скважин, в горно-геологической системе ГИС ГЕОМИКС была создана скважинная модель, содержащая базу данных по интервалам трещиноватости и категориям блочности пород. Данная скважинная модель позволяет интерактивно взаимодействовать с базой данных по трещиноватости внутри породного массива: строить планы изолиний выбранных значений; создавать выборки данных по различным параметрам; отображать данные по скважинам в виде графиков и диаграмм, а также визуализировать данные по скважинам, как в двухмерном, так и в трёхмерном представлении.

Методика построения погоризонтного плана блочности заключается в создании выборки значений базы данных, лежащих в заданных пределах и построения изолиний категорий блочности. По полученным погоризонтным планам блочности была построена схема районирования карьера по блочности пород. Сравнительный анализ результатов районирования карьера рудника «Железный» Ковдорского ГОКа по данным натурных измерений блочности в уступах с изучением керна и видеометрических исследований стенок скважин показали их хорошую сходимость (рис.4).

Анализ схем блочности выявил ряд закономерностей, которые позволяют установить связь между размером элементарного блока горных пород в массиве, литологией и разрывными нарушениями.

Отмечается тенденция к увеличению размера отдельности по направлению от верхних горизонтов к нижележащим, что обусловлено гипергенным фактором и переходом от вмещающих пород к менее трещиноватой рудной зоне. Также наблюдается резкое увеличение блочности на границе стационарных уступов и рабочей зоны карьера, что связано с применением эффективных щадящих способов постановки уступов в конечное положение. В зоне влияния крупных разрывных нарушений происходит уменьшение блочности. Как правило, эти зоны незначительные (10-20 м) и вытянуты вдоль осей нарушений.

Достоверность данных подтверждается большим количеством измерений и высокой сходимостью результатов натурного изучения блочности в уступах карьера и исследований скважин.

Таким образом, использование комплексного подхода даёт возможность более полного изучения трещинно-блочной структуры месторождений и повышает точность районирования карьерного поля по блочности пород для решения актуальных производственных задач.

Литература

  1. Временная классификация горных пород по степени трещиноватости в массиве: информ. выпуск В-199. – М.: ИГД, 1968. – 30 с.
  2. Вознесенский А.С., Набатов В.В., Петерс Ш. Скважинные видеозонды и их использование для задач геотехнологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 9, 2007. – с. 5-12.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector