Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса
У статті запропонована методика визначення кутів стійких укосів відкрито-підземного ярусу. Розроблено графо-аналітичний метод їх визначення. Наведені приклади крутих укосів бортів відкрито-підземного ярусу на рудниках світу....
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
2008
|
| Series: | Геотехническая механика |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31467 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса / А.Д. Черных // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 50-55. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31467 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-314672025-02-10T01:00:14Z Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса Determination of corners sustainable slopes openunderground layer Черных, А.Д. У статті запропонована методика визначення кутів стійких укосів відкрито-підземного ярусу. Розроблено графо-аналітичний метод їх визначення. Наведені приклади крутих укосів бортів відкрито-підземного ярусу на рудниках світу. The paper proposed a method of determining the angles of stable slopes open-underground level. A graphical-analytical method to determine them. Examples of the steep slopes of the sides of open-storey underground in the mines of the world. 2008 Article Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса / А.Д. Черных // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 50-55. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31467 622.1 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
У статті запропонована методика визначення кутів стійких укосів відкрито-підземного ярусу. Розроблено графо-аналітичний метод їх визначення. Наведені приклади крутих укосів бортів відкрито-підземного ярусу на рудниках світу. |
| format |
Article |
| author |
Черных, А.Д. |
| spellingShingle |
Черных, А.Д. Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса Геотехническая механика |
| author_facet |
Черных, А.Д. |
| author_sort |
Черных, А.Д. |
| title |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| title_short |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| title_full |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| title_fullStr |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| title_full_unstemmed |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| title_sort |
определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України |
| publishDate |
2008 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31467 |
| citation_txt |
Определение углов устойчивых откосов открыто-подземного яруса / А.Д. Черных // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2008. — Вип. 78. — С. 50-55. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT černyhad opredelenieuglovustoičivyhotkosovotkrytopodzemnogoârusa AT černyhad determinationofcornerssustainableslopesopenundergroundlayer |
| first_indexed |
2025-12-02T08:53:26Z |
| last_indexed |
2025-12-02T08:53:26Z |
| _version_ |
1850386003126124544 |
| fulltext |
50 Выпуск № 78
УДК 622.1
Черных А.Д., д.т.н., в.н.с ИГН НАН Украины
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ УСТОЙЧИВЫХ ОТКОСОВ ОТКРЫТО-
ПОДЗЕМНОГО ЯРУСА
У статті запропонована методика визначення кутів стійких укосів відкрито-підземного
ярусу. Розроблено графо-аналітичний метод їх визначення. Наведені приклади крутих укосів
бортів відкрито-підземного ярусу на рудниках світу.
DETERMINATION OF CORNERS SUSTAINABLE SLOPES OPEN-
UNDERGROUND LAYER
The paper proposed a method of determining the angles of stable slopes open-underground
level. A graphical-analytical method to determine them. Examples of the steep slopes of the sides of
open-storey underground in the mines of the world.
Для определения предельной устойчивости откосов ОПЯ были использова-
ны различные методы. На основе апробации расчетных формул для слоистых
руд сделаны следующие выводы. Если угол падения рудных слоев р 45ϕ > ° , то
угол откоса ОПЯ должен быть равным рϕ . Это условие приемлемо для лежаче-
го бока залежи.
В этом случае
ОПЯ 90
у р
1
1 ctg tg
h H
= − α ⋅ ϕ
, (1)
где ОПЯh – глубина ОПЯ, м; уα – угол устойчивого откоса ОПЯ, град; рϕ – угол
сдвига по контактам рудных слоев, град; 90H – высота вертикальной трещины от-
рыва, м.
Значение ρϕ определяется по формуле
р
р
н
arctg tg
K
ϕ = ρ + σ
, (2)
где ρ – угол внутреннего трения по наслоению, град; рK – величина сцепления
по наслоению, МПа; нσ – нормальное напряжение по контакту, МПа.
Со стороны висячего бока залежи при подсечке рудных контактов, т. е.
уα > вα , высота откоса ОПЯ
( ) ( )
р у
ОПЯ
у
2 sin cos
sin sin
K
h
α ρ
=
′γ α − β β − ρ
,
где γ – плотность руд, т/м3; ′ρ – угол внутреннего трения по скальным вме-
щающим породам, град; β – преобладающий угол падения рудных слоев, град;
вα – угол висячего бока залежи, град.
"Геотехническая механика" 51
Для условий отработки железистых кварцитов Кривбасса и КМА наиболее
достоверной методикой для расчета углов устойчивых откосов ОПЯ является
методика, основанная на использовании показателя сдвигаемости сR (показа-
тель Куликова В. В.). Преимущество данного показателя состоит в том, что он
учитывает весь комплекс физико-механических свойств руд и пород непосредст-
венно в промышленных условиях действующих карьеров – влагоемкость, тре-
щиноватость, действие взрывных работ и атмосферных осадков, длительность
стояния нерабочих бортов и т. п. На основе многочисленных лабораторных, экс-
периментальных и промышленных исследований получена корреляционная за-
висимость между показателем сR , измеряемом в метрах, и коэффициентом кре-
пости кварцитов f :
c 11,28R f= . (3)
Основываясь на данном показателе устойчивости, выведена эмпирическая
зависимость для определения в метрах предельной глубины ОПЯ при открыто-
подземной разработке железистых кварцитов:
ОПЯ c з0,46 Шh R= ⋅ , (4)
где зШ – средняя ширина залежи, м.
На основе приведенных зависимостей выведены эмпирические формулы для
определения углов устойчивых откосов ОПЯ при их симметричном расположе-
нии и различной крепости отрабатываемых руд:
( )у ОПЯctg 0,00301 hα = (5)
при f = 8…9,
( )у ОПЯctg 0,00273 hα = (6)
при f = 10…12,
( )у ОПЯctg 0,00258 hα = (7)
при f = 13…14,
( )у ОПЯctg 0,00246 hα = (8)
при f = 15…16,
( )у ОПЯctg 0,00240 hα = (9)
при f = 17…19.
52 Выпуск № 78
а – по методу алгебраического сложения сил на участке призм активного давления и упора:
′α – угол откоса борта открыто-подземного яруса, град.; ρ – угол внутреннего трения, град.;
ω – угол наклона поверхности скольжения в верхней части борта,град.;
б – по методу А. Д. Черных
Рис. 1 – Схемы к расчету устойчивости нерабочих бортов открыто-подземного яруса:
Для сравнения углов откосов открыто-подземного яруса, полученных по
различным методикам, приведем пример их расчета по методике ВНИМИ при-
менительно к Анновскому месторождению кварцитов. Расчет устойчивых уг-
лов откосов производился с учетом коэффициента запаса устойчивости, равно-
го 1,3.
Сила сцепления коренных пород в массиве, согласно ВНИМИ, определялась
по формуле
( )м к 1 1 ,C С С′= λ + − λ (10)
где constλ = – коэффициент структурного ослабления; кС – сила сцепления пород
по контактам, МПа; 1C′ – сила сцепления пород в образце, МПа.
Расчет устойчивости бортов производился по графику плоских откосов и
расчетной схеме ВНИМИ при следующих характеристиках железистых квар-
цитов Анновского месторождения: к 10C = МПа, угол внутреннего трения 26ρ = ° ,
3γ = т/м3 (рис. 1 а). При заданном угле 65′α = ° и высоте борта карьера 450 мH = по
графику зависимости между высотой откоса и его углом определим параметры
борта. Для этого найдем высоту вертикальной трещины отрыва
( )к
90
20
ctg 45 0,5
C
H
⋅= − ρ
γ
(11)
и, подставив численные значения, получим:
( )90
20 10
= ctg 45 13 =106 м
3
H
⋅ − .
Вычислим условную высоту борта карьера:
90
450
= 4,2 м
106
H
H
H
′ = = . (12)
"Геотехническая механика" 53
Расчеты, полученные для уступов по породам и железистым кварцитам ле-
жачего бока залежи высотой 100 м, показали, что при угле 67 69− ° борт сохраня-
ет устойчивое состояние. Это видно из следующего расчета:
( )90
20 21
= ctg 45 13 197 м
3,4
H
⋅ − = ,
450
2,3 м
197
H ′ = = ,
а угол устойчивого откоса открыто-подземного яруса составил 68°; при этом
верхняя часть поверхности скольжения лежачего бока совпадала с напластова-
нием, а ниже имела круглоцилиндрическую поверхность. Угол перелома по-
верхности на пересечении контактов составил 110°. Расчет производился мето-
дом многоугольника сил по каждому блоку. Установлено, что при угле падения
кварцитных слоев 70...75β = ° угол устойчивого откоса борта карьера глубиной
450 м, включая глубину ОПЯ, составляет 41°. При 75β > ° угол устойчивости по
скальным породам возрастает до 52° .
Для построения устойчивых откосов высоких уступов разработан графоана-
литический метод, основанный на фактическом состоянии рудных уступов на
карьерах. Данный метод предполагает переход от фактического состояния
карьерных уступов или сплошных участков бортов карьера без берм к прогнози-
руемому состоянию уступов значительной высоты с использованием кривой
скольжения с постоянным значением радиуса уR (рис. 1 б).
Преимущество данного метода заключается в том, что прогнозная оценка
построенных устойчивых откосов высоких уступов основана на учете таких
факторов, как влияние буровзрывных работ, трещиноватость, крепость, влаго-
емкость, т. е. практически всех факторов, влияющих на устойчивость рудного
массива в производственных условиях.
Суть метода состоит в следующем. Вначале строят в масштабе карьерный
уступ с фактическими параметрами, который длительное время в карьере на-
ходится в устойчивом состоянии. Целесообразно выбор уступа осуществлять
с максимально возможными параметрами – высотой 15–40 м и максималь-
ным значением угла (85–90°). Затем из точки 1C , находящейся на уровне
верхней бровки уступа, строят циркулем возможную линию скольжения ФФ,
проходящую через верхнюю и нижнюю бровки уступа. После установления
значения радиуса кривой уR приступают к построению устойчивых откосов
уступов с искомой высотой. Радиус кривой для одного типа руд будет вели-
чиной постоянной, независимо от высоты уступа. Например, для железистых
кварцитов у 18,5R = см при масштабе 1:1000.
На последующих этапах для установления устойчивого состояния уступа
высотой, например, 100 м под этим же радиусом проводят кривую скольжения
через верхнюю и нижнюю бровки и соединяют их прямой. Угол, образованный
54 Выпуск № 78
прямой и горизонталью, и есть угол устойчивого откоса.
Данный метод очень прост, но обладает исключительной достоверностью,
потому что учитывает фактическое состояние уступов на карьерах.
Для оценки устойчивости бортов других карьеров необходимо учитывать на-
пряженно-деформированное состояние обнаженного горного массива. С этой
целью были проведены исследования по определению напряженного состояния
горных пород в бортах звукометрическим методом с помощью геофонов (пъе-
зоэлектрических датчиков), который нашел широкое применение на рудниках
Кривбасса. С помощью геофонов нельзя определить абсолютную величину на-
пряжений в горных породах, но можно судить, возникают ли в горных породах
напряжения, близкие к разрушающим.
Принцип действия звукометрического метода заключается в том, что с по-
мощью геофонов улавливаются возникающие в горных породах мельчайшие
разрушения. В горных породах при нагрузке, равной 30–50 % разрушающей,
появляются звуки с частотой 20–30 раз в минуту. Разрушение образцов начи-
нается при частоте звуков более 80 раз в минуту. Следовательно, по количеству
звуков в минуту можно судить о напряженности горных пород.
Звукометрические замеры производили на Анновском карьере Северного
ГОКа соответственно в 25 пунктах наблюдений. Установлено, что частота зву-
ков находилась в диапазоне 1–9 раз в минуту. При указанной частоте коэффи-
циент запаса устойчивости равен 2,4–3,6. Обнажения, коэффициент запаса ус-
тойчивости которых уn >1, считаются устойчивыми. Следовательно, нерабочие
борта Анновского карьера находятся в устойчивом состоянии со значительным
резервом устойчивости.
Чрезмерная длина ряда карьеров до некоторой степени снижает устойчивость
их бортов. Это объясняется тем, что у бортов карьера значительной протяженно-
сти возникают растягивающие напряжения, которые уменьшают сопротивляе-
мость пород общему процессу их сдвижения и поперечному срезу, так как горная
порода на растяжение работает в 8–10 раз хуже, чем на сжатие.
Практика показывает, что одной из главных причин сползания бортов карье-
ров даже с пологими углами (10–16°) является слабая осушенность пород и осо-
бенно наличие напорных вод: слоистые породы смачиваются водой по контакт-
ным поверхностям и мало сопротивляются срезу. Такие оползни на карьерах про-
исходят весной после снеготаяния или обильных осенних дождей. Поэтому необ-
ходим тщательный дренаж горных пород и своевременное принятие мер по пре-
дупреждению попадания талых вод и осенних дождей в карьер и горный отвод.
Снижают устойчивость бортов карьеров и мощные взрывы, которые сильно
сотрясают породы лежачего и висячего боков. Следовательно, если строго учи-
тывать отрицательные факторы, ослабляющие борта карьера, и принимать ме-
ры по недопущению их появления, углы откосов бортов карьеров КМА и Крив-
басса можно уверенно принимать более крутыми.
Практикой установлено, что при благоприятных природных условиях ус-
тойчивые углы откосов бортов могут быть очень крутыми без оползневых яв-
лений и при большой глубине карьеров. Это наблюдается при разработке стол-
"Геотехническая механика" 55
бообразных крутопадающих рудных залежей, когда борт в плане имеет конусо-
или эллипсообразную форму. В этом случае по контурам замкнутого простран-
ства действуют только сжимающие напряжения, которые позволяют сохранять
длительное устойчивое состояние бортов при крутых углах (55–85°). Практиче-
скими примерами формирования открытых выработанных пространств с кру-
тыми бортами являются кимберлитовые рудники ЮАР – Балтфонтейн, Ягерс-
фонтейн, Премьер, а также рудники им. Ленина (Украина), Хаммаслахти (Фин-
ляндия), Страсса (Швеция). Все это подтверждает, что если нет специфических
отрицательно влияющих факторов, углы откосов открытых выработанных про-
странств могут быть очень крутыми.
|