Техногенные (горно-технические) факторы устойчивости бортов карьеров

Министерство  высшего и среднего специального образования

Республики Узбекистан

Навоийский  государственный горный институт

Горный  факультет 
 
 
 
 

Самостоятельная работа

по предмету:

"Геомеханика"

на тему:

    "ТЕХНОГЕННЫЕ (ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ) ФАКТОРЫ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ" 
 
 

Выполнил:

студент гр. 22-06

Фурсов  А.

Принял:

________________ 
 
 
 

     Навои 2009г.

    План:

    1.Геометрические  параметры карьера  как фактор устойчивости бортов карьеров.

    2.Факторы,  разуплотнения массива  горных пород и  способ вскрытия  месторождения.

    3.Действие  системы разработки  и режима горных  работ на устойчивость  уступов и бортов карьера.

    4.Влияние  на устойчивость  откосов применяемого горно-транспортного оборудования.

    5. Литература. 

    Техника и технология ведения  горных работ определяют следующие основные группы факторов, влияющих на состояние массивов и условия устойчивости: геометрические параметры карьеров, разуплотнение массива горных пород, способы вскрытия месторождения, система разработки и режим горных работ, применяемое горно-транспортное оборудование. 

    Геометрические  параметры карьера.

    В практике открытой разработки месторождений встречаются карьеры различной конфигурации. Форма их бортов в плане и в разрезе может быть прямолинейной (плоской), вогнутой, выпуклой и комбинированной сочетание прямолинейных и криволинейных участков).

    Проведенные исследования показали, что наиболее благоприятные условия устойчивости имеют борта карьеров вогнутой в плане формы, а форма откосов в разрезе (профиль) практически не влияет на общую устойчивость борта, однако имеет важное технологическое значение. Основные параметры, влияющие на устойчивость откосов (бортов), - их высота и угол наклона. Припрочих равныхусловиях существует прямая зависимость между этими параметрами и интенсивностью деформационных явлений.

    Деформацию  бортов возможно исключить  полностью, если принять  пологие углы при  небольшой высоте уступов, но в этом случае возрастут объем вскрышных работ и себестоимость полезного ископаемого. При увеличении же высоты и угла наклона бортов улучшаются экономические показатели работы карьера, но не будет гарантирована безаварийная работа. Поэтому параметры откосов принимаются на основе расчетов с минимально необходимым коэффициентом запасаю 

    Разуплотнение массива горных пород

    При открытой разработке месторождений полезных ископаемых массивы горных пород разгружаются от давления лежащих выше толщ, в результате чего изменяются их естественное напряженное состояние и формируется зона разуплотнения вокруг карьера. В процессе выемки горной массы постепенно высвобождается упругая энергия, накопившаяся под воздействием геостатической нагрузки и тектонических сил. Эта энергия расходуется на деформацию массива в зоне разуплотнения, образуя трещины бортового и донного отпора за счет раскрытия тектонических трещин, трещин выветривания и появления новых.

    И результате разуплотнения  формируются поверхности ослабления большой протяженности, снижается сопротивляемость горных пород сдвигу в зонах разгрузки, смещаются борты и дно карьера.

    Интенсивность процессов разуплотнения возрастает с глубиной карьера, при этом верхняя часть поверхности бортов смещается вниз и в сторону выемки, а нижняя часть и дно – вверх и в сторону выемки

    Процесс разуплотнения горных пород изучен не достаточно однако ясно, что  без его учета  нельзя решить вопросы устойчивости бортов глубоких карьеров. 

    Способы вскрытия месторождения.

    Развитие  деформаций зависит  от положения вскрывающих выработок относительно контура карьера без учетаструктурной неоднородности массива. При заложении вскрывающих выработок, определяющим является, падение слоев горных пород в бортах траншеи.

    Вскрывающие выработки обычно имеют длительный срок службы (часто  до отработки месторождения) и проектируется с учетом ориентировки поверхностей ослабления в массиве и длительной прочности горных пород.

 

    Система разработки и режим  горных работ.

      Влияние системы  разработки и режима  горных работ на  устойчивость уступов  и бортов карьеров  зависит от многих  факторов, главные из них- направление ведения горных работ ( в плане и по вертикали): время стояния откосов без обновления их поверхности: способ рыхления пород:размещение отвалов вскрышных пород: влияние подземных горных выработок

      Направление ведения  горных работ  (в плане и по вертикали) оказывает большое влияние на устойчивость выработок при наличии в массиве поверхностей ослабления в виде слоистости, тектонических нарушений, крупных трещин и слабых прослоев, которые при определенных условиях могут быть поверхностями оползания или обрушения откосов. Эти условия возникают в тех случаях, когда поверхности ослабления ориентированы по простиранию борта карьера или отличаются от этого направления не более чем на 20 при падении их в сторону выемки. Повышение устойчивости откосов может быть достигнуто изменением направления фронта подвигания горных работ.

      Время стояния откосов без обновления поверхности уступов становится неблагоприятным фактором устойчивости при увеличении срока существования борта карьера. Породы, слагающие борта и откосы горных выработок,после обнажения подвергаются воздействию различных агентов выветривания, в результате чего прочность пород уменьшается. На устойчивость откосов влияют также реологические свойства пород, прочность которых уменьшается под влиянием длительных статистических нагрузок.

       Способ рыхления горных пород – весьма важный фактор устойчивости откосов и бортов карьеров при ведении буровзрывных работ ( БВР ). Энергия взрыва расходуется на отрыв определенного объема породы, его дробление и перемещение. Сейсмическое действие взрыва распространяется за пределы взрываемых блоков и оказывает влияние на откосы уступов и бортов карьера, массива горных пород в при контурной зоне

    Под действием взрывов  в массиве горных пород образуются следующие зоны: дробления (полного разрушения): заколов (перемещения): мелких трещин ( остаточных деформации) и микротрещин (сотрясения).Зона дробления характеризуется полным разрушением горных пород на отдельные куски разных размеров. Параметры этой зоны зависит от размеров взрываемого блока и густоты расположения в нем взрывных скважин. Последующие зоны находятся за пределами блока в массиве.

    Зона  заколов начинается от бровки уступов характеризуется интенсивной нарушенностью оплошности массива с образованием трещин (заколов), по которым смещаются отдельные блоки относительно друг друга. Прочность массива здесь снижается в десятки раз. Размеры этой зоны колеблются в пределах от несколько метров до 10 и более.

          К зоне заколов примыкает  зона остаточных деформаций,в которой формируются мелкие трещины (шириной 0,02--- 0,03 м) с незначительными смещениями блоков горных пород. В результате этого сцепление пород уменьшается на 20---50 %, силы трения по ослабленным поверхностям значительно снижаются. Ширина зоны может достигать несколько десятков метров.

    Зона  сотрясений характеризуется  развитием микротрещин и упругих колебаний, которые интенсивно затухают на расстоянии 65---80 м от места взрыва. Микротрещиноватость ослабляет массив,а упругие колебания при отдельных условиях могут оказывать отрицательное влияние на устойчивость откосов уступов, расположенных выше и ниже взрываемого блока.

      Размеры выше описанных  зон зависят от многих факторов, главные из них – количество одновременно врываемого взрывчатого вещества (ВВ), структурно – тектонические особенности массива, прочностные свойства горных пород, параметры БВР.

      Размещение отвалов пустых пород играет не однозначную роль при оценке устойчивости бортов карьеров. Отвалы в выработанном пространстве (внутреннее отвалообразование) увеличивают сопротивление прибортового массива сдвигающим усилиям и улучшают условия его устойчивости.

      Складирование же  вскрышных пород  на территориях,  примыкающих к  предельному контуру  карьера, при внешнем  отвалообразовании ухудшает устойчивость бортов, так как отвальные массы горных пород повышают нагрузку в призме активного давления и способствуют развитию деформаций оползня.

      Влияние подземных горных выработок сказывается на устойчивости бортов карьеров при совместной открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых , также при наличии подземных горных выработок в бортах карьера.

      В подработанном  подземными горными  выработками массиве  развивается процесс  сдвижениягорных  пород, который  сопровождается их перемещением в строну выработанного пространства. При сдвижение участки массива горных пород, попадающие в зону влияния подземных выработок, испытывают деформации сдвига, растяжения и сжатия.

      Сдвиг начинает  развиваться от  кровли выработанного  пространства и  распространяется по массиву вверх, образуя несколько характерных зон- обрушения, образование трещин и плавных сдвижений. Зона обрушения отличается полным разрушением горных пород, их хаотическим перемещением в горную выработку. Эта зона образуется тогда, когда месторождение отрабатывается системами с обрушением вышележащих горных пород. При больших мощностях залежей зона обрушения иногда достигает поверхности земли, в результате чего появляются провальные воронки. Зона трещин возникает выше зоны обрушения, а при воронкообразовании – в периферийной части массива, прилегающего к обрушенным породам. При больших глубинах подземной разработкии наличии мощной толщи слабых рыхлых пород возможно образование зоны плавных сдвижений. Здесь перемещения и деформации пород происходит без разрыва сплощности и проявляются на поверхности земли в виде мульд оседания (сдвижения).

      Все виды проявления  сдвижения горных  пород отрицательно сказываются на устойчивость открытых горных выработок. Воронки обрушения, возникающие на бортах карьеров, представляют собой непосредственную опасность при горных работах на уступах. Образование зон трещиноватости и плавные сдвиги ухудшают устойчивость бортов карьеров (формируютсяплоскости ослабления, которые необходимо рассматривать как возможные поверхности оползня или обрушения. 

    Влияние на устойчивость откосов  применяемого горно-транспортного оборудования

      Применяемое горно  – транспортное  оборудование влияет на устойчивость откосов, создавая статическое и динамическое давление на горные породы. Статическое давление определяется массой оборудования в неработающем состоянии. Динамическое давление , проявляется в двух формах: 1) при воздействии вибрации горно-транспортного оборудования у пород, расположенных на определенном расстоянии от источника колебаний, при этом снижается сопротивление сдвигу: 2) во время работы экскаватора давление на горную породу перераспределятсяи в отдельных областяхможет в несколькораз превышать статическое. В первом случае динамические нагрузки приводят к образованию в массиве горных пород зон пониженной прочности, а во втором возможно превышение несущей способности горной породы или резкое увеличение сдвигающих нагрузок. В обоих случаях это способно вызвать деформацию уступа.

      Параметры вибрации  и величины динамических давлений рекомендуется определять опытным путем для каждого типа оборудования в конкретных инженерно-геологических условиях.

    Литература:

    1.Астафьев  Ю. П. и др. Управление  состоянием массива  горных пород при  открытой разработке месторождений полезных ископаемых. – Киев – Донецк: Вища школа, 1986.-21 с.

    2.Арсентьев  А.И. и др. Устойчивость  бортов и осушение карьеров.- М.: Недра, 1982.- 165 с.

    3.Баклашов  И. В. и др. Механические  процессы в породных массивах.- М.: Недра, 1986.

    4.Турчанинов  И.А. и др. Основы  механики горных пород.- Л.: Недра,1989.