Методы расчёта устойчивости откосов и уступов бортов карьера

Если коэффициент запаса устойчивости по данной поверхности получился меньше (больше) заданного, то откос в этой точке необходимо соответственно понизить (повысить). Поверочный расчет производят методом алгебраического сложения сил по расчетной поверхности скольжения; по поверхности, контролирующей устойчивость на выпирание основания в нижней части, используют метод многоугольника сил. При наличии слоистой среды определяют средневзвешенные характеристики Сср и φср по ориентировочно проведенной поверхности скольжения и вводя! в них заданный коэффициент запаса.

 

Схема VII. Первая схема применяется, когда откосы обводнены и в основании залегают более слабые породы, чем вверху. Схема 2 предусматривает расчет по нескольким поверхностям скольжения, которые в верхней части откоса наклонены под углом (45° + φ/2), а в нижней выходят в подошву под углом (45° - φ/2) па некотором расстоянии от нижней точки откоса. Положение нижнего участка кривой соответствует наименьшему значению коэффициента запаса устойчивости и устанавливается расчетом.

 

Схема VIII. Применяется для условий с неблагоприятно ориентированными поверхностями ослабления в прибортовом массиве горных пород и для оценки устойчивости отвалов на слоистом основании, Расчет выполняют методом многоугольника сил, при этом в отсутствии крутопадающих поверхностей ослабления границы между смежными блоками принимают вертикальными, а при их наличии проводят по поверхностям ослабления. В схеме 1 возможно аналитическое определение отрезка 1n поверхности скольжения, являющегося основанием последнего блока.

 

Схема IX. Используется в следующих условиях: с горизонтальным залеганием слоев горных пород или при падении слоев в сторону выемки под пологими углами (β < 15—20°); с углом наклона борга а, большим угла трения по контактам ф', и с падением сдоев в сторону массива, образующих с поверхностью откоса угол менее (90°-ψ/), где ψ' —угол сдвига по контактам слоев, определяемый по формуле ψ’ = при средней величине нормального напряжения σncp = 0,5hγcosβ (здесь h — глубина залегания наиболее напряженной поверхности скольжения в точке, лежащей на вертикали и проходящей через верхнюю бровку откоса).

Построенная поверхность скольжения разделяет оползневой клин на два участка — призму упора и призму активного давления. Призма активного давления давит на призму упора с силой, направленной параллельно своему участку поверхности скольжения. Касательная составляющая этой силы сдвигает призму упора, а нормальная прижимает призму упора к основанию и создает дополнительные силы трения.

Схема позволяет рассчитать высоту откоса при заданных параметрах: угле откоса, характеристиках сопротивления сдвигу по контактам слоев и под углом к слоистости, а также угле наклона слоев.

Порядок расчета:

•   определяют средневзвешенные значения характеристик прочности по отрезку поверхности скольжения, расположенному под углом к поверхности ослабления, и в них вводился необходимый коэффициент запаса;

•  по установленным расчетным характеристикам без учета поверхностей ослабления находят высоту борга при заданном угле и строят поверхность скольжения;

•   проводят ряд параллельных поверхностей ослабления;

•   устанавливают положение поверхности ослабления, удовлетворяющее   условию предельного равновесия, используя зависимость

 

 

При этом высота борта является определяемой величиной Н1.

Для определения угла наклона борта при заданной высоте задаются двумя-тремя значениями углов α и аналогично находят соответствующие им высоты откосов, используемые при построении графика зависимости между высотами и углами наклона борга.

Методику расчета применяют в случае горизонтального и пологого залегания поверхностей ослабления. Достаточную точность расчета получают методом алгебраического сложения сил в области призмы активного давления, а разноси, сдвигающих и удерживающих сил Е рассматривают как давление па призму упора и решение в этой области выполняют методом многоугольника сил.

При падении поверхностей ослабления под углом более 10° метод алгебраического сложения сил не дает достаточную точность и расчет в области призмы активного давления выполняют методом многоугольника сил.

В случае пологого залегания поверхностей ослабления выгодно придавать борту выпуклый профиль, увеличивая массу призмы упора. Выпуклый профиль отстраивают с использованием графика по средневзвешенным характеристикам прочности для поверхности скольжения, проходящей в нижней части по поверхности ослабления.

 

Схема X. Используется в условиях залегания крутопадающих поверхностей ослабления в сторону выемки, когда 80>Р>а>ф'. Форма поверхности скольжения состоит из верхней части, совпадающей с крутопадающей поверхностью ослабления, и нижней — круглоцилиндрической поверхности, которые в точке их пересечения образуют излом под углом θ', вычисляемый по формуле

 

Поверхность скольжения проходит в верхней части по поверхностям ослабления, а в нижней — по круглоцилиндрической поверхности. Высоту борта или его угол устанавливают по результатам ряда расчетов. Аналогично предыдущей схеме, по средневзвешенным значениям параметров φ и с определяют с использованием графика плоского откоса высоту борта при заданном угле наклона и проводят круглоцилиндрическую поверхность скольжения (как в однородном откосе). На участке призмы упора производят алгебраическое сложение сил и определяют допустимую величину давления Е на призму упора; масса призмы Р2: активного давления, при которой достигается предельное состояние, рассчитывается по формуле

 

 

При крутом согласном залегании слоев пород бортам целесообразно придавать выпуклый профиль.

 

Схема XI. Применяется, когда прибортовой массив сложен горными породами в форме синклинальных складок, одно крыло которых срезается фронтом горных работ.

Положение поверхности скольжения устанавливают поверочными расчетами по ряду расчетных поверхностей, которые могут проходить: полностью по наиболее слабым контактам слоев; по контактам слоев, тектоническим нарушениям, трещинам большою протяжения и другим поверхностям ослабления массива горных пород; частично вкрест слоистости и трещиноватости, не совпадая с поверхностями ослабления при возрастании углов падения поверхностей контактов слоев в нижней части откоса.

Поверхность скольжения может проходить:

•   полностью по наиболее слабым контактам разнородных пород, смятых в складки;

•   частично по контактам разнородных пород и другим поверхностям ослабления;

•   частично по массиву, не совпадая с поверхностями ослабления,  если кривизна поверхности  контакта  слоев  в нижней части откоса возрастает.

Поверхности скольжения имеют вид плавных кривых, положение их в массиве борта и конфигурацию поверхности борта определяют методом подбора. В этом случае бортам целесообразно придавать выпуклый профиль, а устойчивость нижней, наиболее крутой части борта проверять расчетами по схемам V или IX.

 

Схема XII. Применяется в условиях, когда прибортовой массив сложен крепкими слаботрещиноватыми породами или породами средней прочности при небольшой высоте борта.

При падении слоев в сторону выемки учитывают их угол падения р и расчет производят по схемам II, III или IV.

В отличие от схемы X, предельный угол борта карьера определяют с учетом технологических факторов — высоты уступа Л, угла откоса 5, ширины бермы а. Угол наклона борта рассчитывают по формуле Б.Н. Боголюбова

 

Эту формулу можно использовать для расчета углов наклона бортов при других условиях залегания пород в случаях, когда расчет по прочностным характеристикам дает значения углов, большие технически допустимых.

В заключение необходимо отметить, что применение вогнуто-выпуклой конструкции нерабочих бортов позволяет использовать преимущество вогнутого профиля для повышения полноты выемки полезного ископаемого и выпуклого профиля для существенного уменьшения объема вскрышных работ.

Таким образом, рассмотренные расчетные схемы оценки устойчивости откосных сооружений при своей относительной простоте обеспечивают необходимую точность и надежность результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Увеличение глубины разработки требует выемки большого объема горной породы, что при современной технологии предопределяет образование высоких уступов, которые необходимо выполнять либо пологими,- либо укреплять с целью уменьшения развития деформации и предотвращения обрушения пород. В то же время интенсивная разработка месторождении полезных ископаемых открытки способом требует применения все более мощного и производительного горнотранспортного оборудования, что неизбежно приводит к увеличена) его веса, а следовательно и нагрузки на уступ. В связи с этим возникает необходимость более детального изучения вопросов устойчивости нагруженных и укрепленныхоткосов. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. А.М. Гальперин «Геомеханика открытых горных работ» Москва 2003 г.
2. Цветков В.К., Туманов С.Л. Влияние коэффициента бокового распора на устойчивость рабочих уступов нагруженных горным оборудованием // Изв. вузов. Горный журнал.- 1986.- В 11.- С. 27-29.
3. Фисенко, Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов / Г. Л. Фи- сенко. – М. : Недра, 1965. – 379 с. 2.
4. Галустьян, Э. Л. Геомеханика открытых горных работ : справочное пособие / Э. Л. Галустьян. – М. : Недра, 1992. – 272 с.
5. Современные проблемы механики скальных пород в энергетическом строительстве: по материалам IV международного конгресса по механике скальных пород / И. Т. Айтматов, Э. Г. Газиев, В. Г. Лебедев [и др.] ; под ред. Н. М. Иванцова. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.