Определение углов устойчивого откоса борта угольного разреза

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 622. 271. 333: 624. 131. 32
Н. А. Смирнов, С. М. Простов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ УСТОЙЧИВОГО ОТКОСА БОРТА УГОЛЬНОГО
РАЗРЕЗА
Объектом исследований является массив горных пород, прилегающий к западному борту участка открытых горных работ Бачатского угольного разреза. План участка представлен на рис. 1. Участок ограничен бортом разреза 1 и насыпным массивом автоотвала вскрышных горных пород, организованного на месте бывшего Сагарлыкского гидроотвала. Размеры опытного участка составили: длина (вдоль бровки борта) -2000−2200 м, ширина — 300−500 м. Для
исследований намечены два профиля вертикального электрического зондирования (ВЭЗ): х, хь Рельеф поверхности — равнинный, на территории участка находятся высоковольтные и низковольтные ЛЭП с опорами на железобетонных основаниях. По контуру отвала 3 расположен водоотводной канал шириной 1,5−2 м и глубиной 1−2 м.
Целью исследования являлось обоснование расчетных параметров откосов рыхлых отложений
на основе данных геофизических исследований и обратных геомеханических расчетов.
При анализе горно-геологических условий установлено, что геологическая структура исследуемого массива горных весьма неблагоприятна для обеспечения устойчивости борта карьера: на многих поперечных сечениях зафиксировано монотонное увеличение мощности рыхлых глинистых отложений при приближении к борту (рис. 2), при этом падение контакта коренных пород было направлено в сторону массива.
При вскрытии замковой части (зоны максимальных мощностей) глинистых отложений, падение контакта коренных пород изменилось в направлении выработки (борта). Таким образом, была удалена упорная часть верхнего участка борта, что инициировало формирование обрушений глинистых отложений по контакту коренных пород
Рис. 1. План исследуемого участка: О — центры установок ВЭЗ- 1 — борт разреза- 2 — оползни- 3 -автоотвал на площади гидроотвала Сагарлыкский- х, х} - профили зондирований-
52−68 — разведочные профили
ВЭЗ № 1
Рис. 2. Изменение мощности слоя глинистых отложений по профилям у1 и у2: к — глубина от земной поверхности
. На обнажении оползневого участка борта отдельные водопроявления были зафиксированы на глубине 13−17 м от земной поверхности. Обрушение уступа происходило с оседанием на 34 м призмы прибортового массива. При этом в верхней части обрушения участок уступа высотой до 3−6 м имел угол откоса, равный 90° (трещина отрыва), а в нижней части угол откоса выполаживается до 20−30°. На оползнеопасных участках производилось бульдозерное
планирование откоса уступа до углов 15−20°, обеспечивающих его стабильное состояние. Расчеты по определению устойчивости выполняются, в основном, по материалам геологических изысканий 1950−70-х годов, поэтому весьма актуальной представляется задача обоснования проектных параметров на основе современных данных.
Прогноз изменения физико-механических свойств ИГЭ методом УЭС реализуется на основе
а б
Рис. 3. Результаты лабораторных исследований зависимости сцепления С (а) и угла внутреннего трения
ф (б) глинистых пород от влажности Ж
Рис. 4. Схема оползневого участка борта для неоднородного массива (а) и эквивалентного однородного массива (б): 1 — контур борта до оползня- 2 — контур борта после оползня- 3 -поверхность скольжения- 4 — граница коренных пород и рыхлых отложений
корреляционных зависимостей между влажностью глинистых горных пород, представленных
и механическими параметрами. Результаты разновидностями глин и суглинков, позволили
исследований физико-механических свойств установить линейные регрессионные зависимости
а
б
Рис. 5. Результаты ВЭЗ и их интерпретации для ВЭЗ № 3 (а) и № 4 (б):
N — номер слоя- р — УЭС слоя, Омм- И — мощность слоя, м- й — глубина от земной поверхности до почвы слоя, м- Абс — абсолютное значение отметки почвы слоя, м
Таблица. Расчетные параметры прибортового массива
№ ВЭЗ Мощность слоя рыхлых отложений Н, м Мощность водонасыщенного слоя к2, м Влажность Ж, % Сцепление С, МПа Угол внутреннего трения ф
Данные по профилю х
1 37 13,4 37 0,028 5
2 32 12,7 37 0,028 5
3 30 11,7 30 0,045 7
4 25 10,8 35 0,033 6
5 27 9,5 38 0,026 5
Данные по профилю хі
1 33 12,1 38 0,026 5
2 37 14,6 38 0,026 5
3 36 15,3 31 0,043 7
4 33 13,5 35 0,033 6
(рис. 3):
35
11,8
«31 0,028 5
Одной из основных причин оползня является
С = -0,219Ж + 0,1141,-(г = 0,83- г = 5,96)
(р = -0,25Ж +14,48-
, (2)
(г = 0,79- г = 5,47) где С — сцепление, МПа- ф — угол внутреннего трения, град- Ж -влажность, %- г — коэффициент корреляции- t — критерий надежности оценки Стьюдента.
Для расчета проектных параметров откосов проведено корректирование физико-механических свойств ИГЭ на основе обратных расчетов по результатам произошедшего на исследуемом участке 20. 06. 03 оползня участка борта. Вид деформации — оползень однородного массива, поверхность скольжения выходит на откос вблизи границы четвертичных и коренных отложений.
а
формирование ослабленного слоя глинистых пород вследствие влагонасыщения массива в зоне гидродинамического влияния гидроотвала 3 (см. рис. 1) [1]. Профиль борта до и после оползня показан на рис. 4. Структура массива определена на основе данных ВЭЗ, проведенного в непосредственной близости от деформированного участка. Начальные значения параметров определены на основе имеющихся данных инженерно-геологических изысканий и корреляционных зависимостей.
В результате обратных расчетов получены следующие значения обобщенных параметров: С = 0,04 МПа, ф = 8 град.
На исследуемом участке выполнено десять измерений методом ВЭЗ (рис. 1). Интерпретация данных ВЭЗ выполнялась с помощью программного комплекса IPI2win, при этом в
б
Рис. 6. Зависимости проектных углов откосов, а от КЗУ п (а) и продольной координаты х (б): 1 — профили Оу и 05у5- 2 — O2y2, 3 — 03у3- 4 — 04- 5 — п = 1- 6 — п = 1,1- 7 — п = 1,2
качестве априорной информации в программу вводились значения мощности рыхлых
отложений. На геоэлектрическом разрезе
выделяется поверхностный слой небольшой мощности, слой мощностью И1 суглинков при естественной влажности и водонасыщенный слой мощностью И2 глинистых пород.
В табл. 1 приведены основные параметры прибортового массива в районе ВЭЗ, рассчитанные на основе интерпретации данных ВЭЗ, корреляционных зависимостей и обратных расчетов. Эти данные являются основой для расчета проектных параметров откосов. При
высоте уступов, равной мощности слоя рыхлых отложений, определены углы откосов, при
которых будет сохраняться устойчивость борта.
На рис. 6 показаны зависимости величины угла откоса, а от коэффициента запаса устойчивости п и продольной координаты х.
Использование данных геофизических
измерений и обратных расчетов позволило определить проектные параметры откосов без дополнительных затрат на инженерногеологические изыскания. При этом
использование в прямых и обратных расчетах одной и той же физико-геологической модели, определенной по данным ВЭЗ, создает замкнутую систему, в рамках которой компенсируются погрешности, связанные с интегральным характером параметров, определенных по данным геофизических измерений.
Физические процессы горного производства
12
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прогнозирование зон скрытой фильтрации в грунтовом массиве при ведении открытых горных работ / С. М. Простов, Е. В. Костюков, В. А. Хямяляйнен, М. А. Кузнецов // ГИАБ. — 2005. — № 9. — С. 64−67.
? Авторы статьи:
Смирнов Простов
Николай Александрович, Сергей Михайлович,
аспирант КузГТУ. докт. техн. наук- проф. каф.
Email: SmimovNick@vandex. ru- теоретической и геотехнической
механики КузГТУ. Тел. 89 050 757 924

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой