Kursovaya_USM

...2
Исходные данные3
Характеристика месторождения....3
Определение устойчивости добычного уступа5
Расчет устойчивости борта карьера...8
Технологические мероприятия
по управлению состоянием бортовых массивов..11
Список литературы12





























Введение
Массив горных пород на карьере представляет собой динамичную систему, основные элементы которой – борта карьеров и отвалы изменяются в пространстве и во времени. Состояние массива зависит от физико-географических, природно-геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и горно – технических факторов.
Климатические условия района месторождения формируют влажностный режим горных пород и способствуют развитию процессов выветривания, определяя тем самым поведение пород в откосах и, соответственно, их устойчивость.
Наличие подземных вод, водоемов и речной сети, как правило, приводит к снижению устойчивости, что объясняется действием фильтрационного потока в откосе, уменьшающим силы трения по вероятной поверхности оползания. Наиболее чувствительны к увлажнению атмосферными или подземными водами породы глинистого состава с различной степенью литификации.
Устойчивость карьерных откосов снижается при повышении уровня подземных вод в приоткосной зоне, уменьшении сопротивления горных пород сдвигу, увеличении высоты откоса и его крутизны, а также возрастании дополнительных нагрузок на уступы карьеров и отвалов. Характеристики сопротивления сдвигу горных пород в массиве определяются прочностью пород в образце, наличием трещиноватости и поверхностей ослабления различной природы. Прочность горных пород в образце связана с литолого-петрографическими особенностями вещественным составом и структурно-текстурными признаками пород.
Состояние естественных (в бортах карьеров) и техногенных (отвальных и пр.) массивов в существенной степени определяется горно-техническими факторами – способом вскрытия карьерного поля, системой разработки и отдельными производственными процессами.


















ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Исходя из характеристики месторождения:
Ну = 15 м
С = 0,25 МПа

· = 300

· = 690

· = 2,5 т/м3
ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Куланское каменноугольное месторождение располагается в центральной части Чу-Илийских гор на территории Мойынкумского района Жамбылской области Республики Казахстан в 30 км северо-западнее поселка городского типа Мирный
Куланское угольное месторождение приурочено к ранее карбоновым отложениям северо-западной части Куланской мульды, расположенной в пределах Карасайского прогиба.
Куланская мульда, в целом протягивающаяся в северо-западном направлении на 25 км, на востоке обрезана ведущим для Карасайского прогиба Железнодорожным разломом, претерпевшим длительные движения вплоть до неогенового периода. Другой субмеридиональный разлом в центральной части депрессии разбивает ее территорию на два блока.
Второй пласт (верхний) залегает в 5,0-20,0 м выше первого. Разделяющая их пачка в центральной части месторождения представлена алевролитами, алевропесчаниками мощностью 5,0-8,0 м. В северо-западном направлении мощность разделяющей пачки постепенно увеличивается до 20,0-25,0 м, в составе ее появляются песчаники различной зернистости. В том же направлении уменьшается мощность угольных пластов. Мощность второго пласта колеблется в пределах 10,0-30,0 м. Он состоит из двух пачек, разделенных прослоем пустых пород. В свою очередь, угольные пачки содержат до двух-трех углистых алевролитов, аргиллитов. В верхней части пласт отличается повышенной зольностью. В почве и кровле пласта залегают алевролиты, аргиллиты, реже песчаники.
Третий и четвертый угольные пласты весьма не выдержанны, большая часть их сложена высокозольными разностями, углистыми алевролитами. Мощность их 1,0-4,0 м. На площади месторождения третий пласт выражен в виде разрозненных линз, трудно узнаваемых по площади, залегает на 15,0-20,0 м выше второго пласта.
Четвертый пласт эродирован и известен в виде небольшого останца на западном фланге месторождения. В связи с прерывностью пластов, высокой зольностью углей, третий и четвертый пласты практической ценности не представляют.
По всем пластам уголь сильно метаморфизированный, иногда встречаются складки-следы тектонической деятельности. Коэффициент крепости по шкале Протодъяконова f = 2-3. Объемный вес углей 1,47-1,53 т/м3.
Все угли на месторождении характеризуются различной степенью радиологической зараженности, связанной с превышением норм содержания урана. Наиболее высокие его содержания тяготеют к приповерхностным частям угольных пластов. На глубине, превышающей 20,0-30,0 м от поверхности, содержание урана резко падает.




































ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ДОБЫЧНОГО УСТУПА

При наличии достоверной информации о геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условиях предполагаемого к открытой разработке месторождения составляются прогнозы возможных деформации откосов. На основе этих прогнозов предусматриваются мероприятия по предупреждению нарушений устойчивости уступов и бортов карьеров.
По поперечным разрезам борта карьера оценивают степень опасности возникновения деформаций откосов на различных участках, анализируя при этом геологическое строение массива, физико-механические свойства пород в целом и в ослабленных зонах, гидрогеологические условия и возможные изменения сопротивления пород сдвигу после проведения выработок. Оконтуривают участки бортов и уступов на которых возможны деформации откосов. Производят расчеты устойчивости бортов и откосов уступов и при необходимости корректируют контур карьера, места заложения въездных и выездных траншеи, параметры уступов и борта карьера в целом.
Механико-математической основой расчетов устойчивости бортов угольных разрезов и карьеров является теория предельного равновесия сыпучей среды.
В теории предельного равновесия рассматриваются две группы задач принципиально отличающихся методами их решения:
задачи, в которых условия предельного равновесия удовлетворяются не в каждой точке некоторой области прибортового массива;
задачи, в которых условия предельного равновесия удовлетворяются не во всех точках некоторой области массива, а лишь по ее внутренней границе.
Коэффициент запаса устойчивости – отношения суммы сил, удерживающих откос, к сумме сил, его сдвигающих.


13 EMBED Equation.3 1415,

где 13 EMBED Equation.3 1415- силы, удерживающие массив в равновесии
13 EMBED Equation.3 1415- коэффициент внутреннего трения породы;
13 EMBED Equation.3 1415- нормативные к рассматриваемой площадке силы;
13 EMBED Equation.3 1415- сцепление;
13 EMBED Equation.3 1415- площадь анализируемой площадки.

Условие предельного равновесия по рассматриваемой площадке наступит в том случае, если сдвигающие силы, действующие по ней станут равны удерживающим силам, т.е. 13 EMBED Equation.3 1415.
Для примера рассмотрим схему действия сил в откосе высотой h с углом откоса (, если породы, слагающие откос, имеют характеристики ((0 и с=0. Предположим, что поверхность обрушения в откосе имеет плоскую форму (рис. 1.1 а).
Объем породы АБВ, ограниченной поверхностью откоса, верхней площадкой уступа и поверхностью обрушения, называется призмой возможного обрушения.

Площадь призмы в поперечном сечении откоса определяется из выражения:

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Вес призмы обрушения:
13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

Тогда величины сдвигающих (касательных к поверхности АВ) сил Т и нормальных к этой поверхности сил N составят:

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415





















Рисунок 1.1 Расчетная схема к определению устойчивости откоса: а- схема действия сил в откосе к плоской поверхности обрушения; б - график зависимости коэффициента запаса устойчивости откоса от угла наклона расчетной поверхности обрушения
На рис. 1.1(б), приведен график зависимости коэффициента запаса устойчивости от величины угла наклона поверхности обрушения в откосе высотой h с углом откоса (. Как видно из этого графика, при пологих поверхностях обрушения коэффициент запаса устойчивости высокий. Поверхность, для которой соотношение (F/(( минимально по сравнению с другими возможными поверхностями обрушения в данном откосе, называется наиболее слабой поверхностью в массиве.

По поверхности обрушения АВ будут действовать удерживающие массив равновесия силы, суммарная величина которых составит:

13 EMBED Equation.3 1415,

где L - длина поверхности обрушения АВ в поперечном сечении откоса.

13 EMBED Equation.3 1415


Отношение удерживающих сил к силам, стремящихся сдвинуть призму обрушения, является мерой устойчивости откоса и называется коэффициентом запаса устойчивости
13 EMBED Equation.3 1415,

13 EMBED Equation.3 1415

Если 13 EMBED Equation.3 1415(1 , то откос будет устойчив. При 13 EMBED Equation.3 1415=1 , то откос находится в состоянии предельного равновесия. При величине 13 EMBED Equation.3 1415(1 откос существовать не может.
При прогнозировании устойчивости откоса задача сводится к отысканию в массиве наиболее слабой поверхности и определению по ней коэффициента запаса (13 EMBED Equation.3 1415) устойчивости. Полученный 13 EMBED Equation.3 1415 сравнивают с нормативными его значениями, соответствующими литологическому составу пород в массиве и технологическому назначению откоса. Если рассчитанный 13 EMBED Equation.3 1415 не соответствует нормативному, то производится изменение геометрических параметров откоса или предусматриваются мероприятия по управлению состоянием массива.





РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТА КАРЬЕРА

Развитие деформаций массива горных пород в бортах карьеров, как и возникновение нарушений устойчивости, захватывает какой-то период времени. Любое нарушение устойчивости, даже обрушение, имеет «скрытую» стадию подготовки, в процессе которой происходит последовательное разрушение многочисленных структурных связей пород.
Выветривание пород приоткосных зон карьеров обусловливает развитие во времени осыпей откосов, сложенных преимущественно твердыми породами. На развитие осыпей оказывают влияние следующие факторы: угол наклона уступа, интенсивность трещиноватости и ориентировка трещин относительно поверхности уступа, способы заоткоски уступов, технология буровзрывных работ, климатические условия района, вещественный состав горных пород.
При вполне устойчивом состоянии всего борта карьера в целом возникают деформации отдельных уступов. Локальные обрушения уступов происходят в виде плоского скольжения по поверхности ослабления естественного происхождения, к которым относятся трещины отдельностей большого протяжения, контакты слоев, тектонические нарушения. Размеры этих поверхностей всегда соизмеримы с высотами откосов уступов.
В практике прогнозирования устойчивости откосов широкое применение нашли инженерные методы расчета устойчивости уступов, бортов карьеров и отвалов. Это методы алгебраического сложения сил и комбинированные методы. Рассмотрим метод алгебраического сложения сил.
Метод алгебраического сложения сил (рис. 2.1).
Призму обрушения на поперечном сечении откоса разбивают вертикальными линиями на ряд блоков одинаковой ширины (толщина блоков считается равной 1м). Полученным блокам присваивают номера, начиная от верхнего блока к нижнему (рис. 2.1 а). Для каждого блока определяют ширину аi и высоту hi (рис. 2.1 б).














Рисунок 2.1 Схема к расчету откоса методом алгебраического сложения сил: а) – схема действия сил; б) – параметры элементарного блока.
Призму обрушения разбили на пять равных блоков шириной по 30 м.

Определяем вертикальную линию обрыва

13 EMBED Equation.3 1415

Вычисляем масштаб векторов сил по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где а – ширина блока, а = 29 м;
13 EMBED Equation.3 1415– объемный вес горных пород, Н/м3;
М – знаменатель масштаба чертежа.

13 EMBED Equation.3 1415

Вычислим давление каждого блока на основание Рi:

13 EMBED Equation.3 1415,

13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Касательная составляющая давления i – го блока на основание:

13 EMBED Equation.3 1415,

13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Нормальная составляющая давления i – го блока на основание:
13 EMBED Equation.3 1415;
где h – высота i – го блока, м;
13 EMBED Equation.3 1415 - угол наклона поверхности обрушения i – го блока, град.

13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

Рассчитывают удерживающие массив в равновесии силы и определяют коэффициент запаса устойчивости по формуле

13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - длина поверхности обрушения в основании i – го блока, м,
Для определения расчётных показателей вводим коэффициент запаса nз равный 1,2ч2.
Для средних значений сцепления и угла внутреннего трения пород в массиве будут следующие расчётные показатели:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
Так как Кз1 борт считается устойчивым
Инженерные методы расчета устойчивости откосов позволяют учитывать различные геологические особенности строения откосов, дополнительные нагрузки на откосы от горного и транспортного оборудования, сейсмические воздействия взрывов, влияние фильтрующих вод.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ СОСТОЯНИЕМ БОРТОВЫХ МАССИВОВ

Организация горных работ должна обеспечить достижение проектной величины коэффициента запаса устойчивости карьерных откосов основного критерия безопасности открытых разработок. Предварительно намечают очередность отработки месторождения, места заложения капитальных траншей и направление развития горных работ, рассчитывают устойчивость бортов.
В процессе разработки призма возможного обрушения в рабочем борту смещается в глубь массива, изменяя тем самым условия устойчивости откоса. Наличие взаимосвязи между устойчивостью откоса и технологической схемой разработки участка месторождения обеспечивает возможность управления устойчивостью рабочих бортов.
Структурно-механические особенности массива горных пород нарушение залегания пластов, слоистость, различие физико-механических свойств пород, слагающих разрабатываемый горно-геологический ярус, могут оказать влияние на условия устойчивости откоса в ходе ведения горных работ. Поэтому расчеты устойчивости рабочего борта выполняют по состоянию на каждый характерный момент разработки.
Снижение интенсивности деформационных процессов направлено на продление сроков стояния откосов нерабочих бортов, сложенных полускальными и скальными породами, наиболее подверженными выветриванию, при этом конечной целью управления является поддержание во времени заданной интенсивности деформирования откосов с применением специальных способов заоткоски уступов и упрочнения пород, а также регулированием мощности массовых взрывов.

Вывод
В данной курсовой работе, проведены расчеты и исследования по месторождению «Кулан», с использованием метода алгебраического сложения сил. В результате расчетов видно, что условия дальнейшего проектирования и разработки карьера при данном методе благоприятны. Так как Кз1, борт считается устойчивым.








СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Низаметдинов Ф.К., Окатов Р.П. и др. «Прогнозная оценка устойчивости карьерных откосов на стадии инженерно-геологических изысканий месторождений Казахстана – Караганда, КПТИ, 1994. – 91 с.
Галустьян Э.П. Управление геомеханическими процессами в карьерах. М.: Недра, 1980. – 237 с.
Фисенко Г.Л., Пустовойтова Т.К., Когерлазова С.В. Методическое пособие по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений подлежащих разработке открытым способом (ВНИМИ). Л.: Недра, 1986. – 113 с.
Попов И.И., Окатов Р.П., Низаметдинов Ф.К. Механика скальных массивов и устойчивость карьерных откосов. Алма-Ата: Наука, 1986. – 256 с;
Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых Ю.П. Астафьев, Р.В. Попов, Ю.М. Николашин. – Киев; Донецк, Высшая школа, 1986. – 272с.
Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. – М.: Недра, 1965. – 378 с.
Методические указания по определению углов, наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. Л.: ВНИМИ, 1972. – 54 с.
А.М. Гальперин – Геомеханика открытых горных работ М.: Издательство Московского государственного университета, 2003.









13PAGE 15


13PAGE 141215




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 15734666
    Размер файла: 238 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий