Наклон откоса уступа это

Подготовительные работы на откосах

Перед проведением работ по уширению насыпи дорожного полотна проводятся подготовительные работы на откосах существующей дороги для лучшего сцепления досыпаемого грунта с существующей поверхностью. В зависимости от высоты насыпи эти работы могут заключаться в нарезке уступов или рыхлении откосов. В системе IndorCAD для моделирования таких работ используется один объект: Набор уступов/рыхление . Настройки объекта предусматривают возможность вручную указать необходимый вид работ на поперечном профиле или же выбрать автоматическое определение работ в зависимости от высоты откоса. Работа с объектом предполагает следующую последовательность действий.

1) Создание объекта . Чтобы задать на поперечном профиле набор уступов или указать участок поверхности для рыхления, нажмите кнопку Создать объект и выберите тип создаваемого объекта: Набор уступов/рыхление . В списке объектов появится новый объект: Набор уступов . В скобках указывается вид работ на данном поперечнике: уступы или рыхление.

2) Определение местоположения объекта . Задайте точки и поверхность привязки.

Точки привязки . В качестве точек привязки может использоваться любой узел проектной поверхности и любой именованный узел существующей поверхности. Точки привязки можно выбрать из раскрывающихся списков Левая и Правая в разделе Точки привязки или в режиме выбора точек привязки в окне поперечного профиля, который включается кнопкой . Дополнительно можно задать смещение набора уступов от точек привязки. Поле для задания смещения отображается при нажатии на знак рядом с полем Левая (или Правая ).

Поверхность привязки . В качестве поверхности привязки можно выбрать проектную или существующую поверхность. При значении Существующая уступы строятся обычным способом, при значении Проектная уступы строятся по проектной поверхности (объёмы таких уступов не входят ни в насыпь, ни в выемку).

3) Определение вида подготовительных работ . На выбор доступны три варианта: Автоматически , Нарезка уступов , Рыхление .

Для автоматического определения вида работ на поперечниках в значениях свойства Вид подготовительных работ установите Автоматически . Далее укажите максимальную высоту откоса, при которой проводится рыхление (по умолчанию это значение составляет 1 м). Теперь при применении объекта на диапазон поперечников система рассчитает высоту откоса и установит на каждом поперечнике соответствующий вид работ: при высоте менее метра — рыхление, при большей высоте откоса — нарезку уступов.

Вид подготовительных работ Нарезка уступов рекомендуется выбирать при высоте откоса насыпи более 1 метра. Для этого типа подготовительных работ доступен выбор способа нарезки уступа: сверху вниз или снизу вверх . Данный параметр определяет, какая грань уступа отрезается в первую очередь: вертикальная или горизонтальная. В зависимости от выбранного способа нарезки можно задавать параметры построения уступов на каждом поперечнике либо строить уступы по сетке высот, чтобы уступы на соседних поперечных профилях проходили на одном уровне. При выборе способа нарезки сверху вниз можно задать следующие параметры построения.

Высота уступа . Задайте необходимую высоту уступа.

Ширина уступа не более . При необходимости ограничьте ширину уступа. (При выборе способа построения снизу вверх в явном виде можно задать ширину уступа и ограничить его высоту.)

Уклон уступа . Если полка уступа не должна быть горизонтальной, задайте в этом поле требуемый уклон.

Минимальная высота . Уступы с высотой менее указанного значения не формируются.

Предупреждать при высоте откоса менее . В данном поле можно ввести высоту откоса, начиная с которой на поперечном профиле должны строиться уступы. При меньшей высоте уступы также построятся, но, если включена данная опция, система предупредит о том, что на таком поперечнике рекомендуется другой вид работ.

Использовать сетку высот . Для того чтобы уступы на соседних поперечных профилях строились на одном уровне, можно использовать сетку высот. Данная настройка позволяет построить полки уступов на высотах, отмеряемых от заданной базовой высоты. Если задать одинаковую базовую высоту для группы поперечных профилей, то наборы уступов на них будут находиться на одном уровне. По умолчанию базовая высота устанавливается на уровне начала построения уступов, но также есть возможность задать точную Z-отметку или высоту относительно осевой точки. Включите эту опцию и задайте уровень, относительно которого построится сетка: По точке привязки , По высоте , Относительно осевой точки .

По точке привязки . По умолчанию базовая высота устанавливается на уровне начала построения уступов, т.е. на уровне нижней точки привязки.

По высоте . В качестве базовой высоты для проведения горизонталей сетки можно задать точную Z-отметку.

Относительно осевой точки . Также можно задать смещение горизонталей сетки относительно осевой точки.

Когда набор уступов выделен, в окне редактора поперечного профиля отображаются горизонтали сетки высот.

При выборе вида подготовительных работ Рыхление откосов предполагается, что высота откоса на поперечнике относительно невелика. Можно задать высоту откоса, при превышении которой система выдаст предупреждение о неподходящем виде работ: такие объекты подсвечиваются в списке оранжевым цветом, для них появляется подсказка с рекомендацией делать в данном месте нарезку уступов.

Вид подготовительных работ рекомендуется выбирать при высоте откоса насыпи более 1 метра. Параметры нарезки уступов рассмотрены ниже.

4) Уточнение границ объекта . По умолчанию объект ограничивается проектной поверхностью. В поле Ограничить сверху выберите, должны ли уступы или рыхление ограничиваться проектной поверхностью, линией ВЗП или строиться строго по точкам привязки.

Основные понятия и терминология открытых горных работ

Выемка полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород производится слоями, с опережением верхними нижних. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов и в земной коре образуется выработанное пространство. Размеры выработанного пространства при разработке горизонтальных залежей увеличиваются в плане (рис. 1.2, а), а при разработке наклонных и крутых залежей – одновременно и в плане и по глубине (рис. 1.2, б) вследствие постепенной нарезки новых уступов.

Обычно разрабатываемые слои горизонтальны (рис. 1.3, а); иногда при разработке пологих залежей слои бывают наклонными (рис. 1.3,6), а при разработке крутых залежей — крутыми (рис. 1.3, в).

Каждый уступ характеризуется высотной отметкой горизонта расположения на нем транспортных коммуникаций. Отметки уступов могут быть абсолютные (относительно уровня моря) или условные.

Поверхности, ограничивающие уступ по высоте, называют нижней и верхней площадками (рис. 1.4). Наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства, называется откосом уступа, а угол наклона уступа к горизонтальной плоскости – углом откоса уступа (см. рис. 1.4). Линии пересечения откоса уступа с нижней и верхней площадками называются соответственно нижней иверхней бровками (см. рис. 1.4).

Различают рабочие и нерабочиеуступы и борта карьера. На рабочих уступах производится выемка горных пород, поэтому нижняя площадка этого уступа называется рабочей площадкой (см. рис. 1.4). Здесь располагают выемочное оборудование и транспортные коммуникации, необходимые для разработки уступа.

По условию технологии выемки уступы могут разделяться на подуступы (рис. 1.5), разработка которых ведется одним и тем же или разным выемочным оборудованием последовательно или одновременно, но обязательно на единый для уступа транспортный путь.

Подготовленная для разработки часть уступа по длине называется фронтом работ уступа (см. рис. 1.4). Он может быть в плане прямолинейным или криволинейным.

Поверхность горных пород в пределах уступа или развала, являющаяся объектом выемки, называется забоем.

Месторождение или часть его, разрабатываемую одним карьером, называют карьерным полем.

В состав земельного отвода карьера входит карьерное поле, внешние отвалы, промышленная площадка и другие производственные сооружения.

Ступенчатые боковые поверхности, образованные откосами и площадками уступов и ограничивающие выработанное пространство, называются бортами карьера (см. рис. 1.1).

Представленный рабочими уступами борт называют рабочим бортом карьера.

Линия, ограничивающая карьер на уровне земной поверхности, является верхним контуром карьера, а линия, ограничивающая дно (подошву карьера), – его нижним контуром.

Положения рабочего борта, верхнего и нижнего контуров карьера меняются в пространстве. Постепенно отдельные уступы, начиная сверху, достигают конечных контуров (границ) карьера. К моменту окончания (погашения) открытых работ им соответствует конечная глубина и конечные размеры карьера в плане (см. рис. 1.2).

На нерабочих бортах карьера горные работы не производятся, и откосы уступов разделяются площадками (бермами). Различают транспортные и предохранительные бермы и бермы очистки (рис. 1.6). Они формируются при подходе рабочих уступов к конечным контурам карьера за счет уменьшения ширины рабочих площадок.

На транспортных (соединительных) бермах шириной 10 – 15 м расположены транспортные коммуникации, соединяющие пути на рабочих площадках уступов и в специальных наклонных (крутых) выработках, через которые осуществляется грузотранспортная связь с поверхностью и другими горизонтами.

Предохранительные бермы шириной от 3 – 5 до 8 – 10 м служат для повышения устойчивости прибортового массива горных пород, а также для задержания осыпающихся с верхних уступов кусков породы.

Площадки очистки представляют собой предохранительные бермы увеличенной ширины, позволяющие разместить необходимое оборудование (бульдозеры, небольшие экскаваторы, погрузчики, автосамосвалы) для периодической очистки бортов карьера от осыпей и навалов. Их оставляют через три – четыре уступа по высоте.

Угол между линией, нормальной к простиранию борта и соединяющей верхний и нижний контуры, и горизонталью называется углом откоса рабочего (нерабочего) борта карьера (см. рис. 1.4 и рис. 1.6). Величина его зависит от состояния массива, высоты уступов и ширины площадок. Угол откоса рабочего борта карьера γ_р изменяется от 7 до 17° (иногда до 23 – 27°); а нерабочего борта γ_н – от 25 до 35°.

Совокупность уступов, находящихся в одновременной разработке, называется рабочей зоной карьера. Положение ее определяется отметками нижних площадок верхнего и нижнего (на данный момент времени) рабочих уступов карьера.

Длина фронта горных работ карьера представляет суммарную протяженность фронтов горных работ всех рабочих уступов.

Для введения в работу нового уступа необходимо создать транспортный доступ к нему и первоначальный фронт работ с соответствующей рабочей площадкой.

Для расположения транспортных коммуникаций, по которым будет перемещаться горная масса нового уступа на поверхность или на вышележащие уступы, необходимо вскрыть уступ (нарезать горизонт), т. е. провести с поверхности или с вышележащего уступа специальные (вскрывающие) горные выработки. Эти выработки соединяют с разными высотными отметками и поэтому имеют определенный угол наклона. При сооружении вскрывающие выработки обычно имеют близкое к трапециевидному или треугольному (на косогоре) поперечное сечение (рис. 1.7, а, б), и называются соответственно капитальными траншеями и полутраншеями. Проведение траншей и полутраншей называется вскрытием уступа.

Для создания начального фронта работ на вскрытом уступе необходимо провести от вскрывающей выработки горизонтальную (реже с небольшим уклоном для стока воды) горную выработку – разрезную траншею (полутраншею).

Все горные работы на карьере состоят из горно-подготовительных (проведение траншей) (рис. 1.7, в, г), вскрышных (выемка, перемещение и размещение вскрышных пород) и добычных (выемка, перемещение и складирование полезного ископаемого) работ.

Эти работы необходимо проводить в определенном порядке, соблюдая между ними, элементами и параметрами горных выработок, в которых они выполняются, определенные соотношения и зависимости, позволяющие по техническим условиям обеспечить в каждый момент времени необходимый фронт горных работ на добычных и вскрышных уступах, производительную и безопасную работу применяемого оборудования.

Принятый порядок выполнения горно-подготовительных, вскрышных и добычных работ, обеспечивающий для данного месторождения безопасную, экономичную и полную выемку балансовых запасов полезного ископаемого, называется системой разработки.

При разработке месторождений полезных ископаемых вскрышные породы размещаются либо в выработанном пространстве карьера, либо на специально отведенных площадях за пределами карьерного поля.

Насыпи пустых пород и некондиционных полезных ископаемых называются отвалами. Отвалы, размещаемые в выработанном пространстве карьера, называются внутренними, а вне его конечных контуров – внешними.

В административно-хозяйственном понимании карьером называют горное предприятие, осуществляющее открытую, разработку месторождения. В угольной промышленности это предприятие называют разрезом.

«Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами»

Сідельник Олександр Вікторович

Національний гірничий університет

«Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами»

8. Матеріалознавство, гірництво та металургія

Ключевые слова: управляемое обрушение, поверхность сдвижения, собственный вес, граничные параметры.

При открытой разработке месторождений с мягкими покрывающими породами основным техническим направлением является внедрение техники непрерывного действия. Принцип работы современных экскавационных машин основан на отделении от массива и рыхлении рабочим органом горной массы по всей высоте отрабатываемого уступа.

Эффективность применения машин непрерывного действия возрастает с увеличением высоты отрабатываемого уступа. Это достигается, за счет сокращения количества транспортных горизонтов, концентрации горных работ, лучшего использования оборудования во времени, уменьшения числа вспомогательных операций.

Стремление к увеличению высоты уступов — одна из основных тенденций развития техники и технологии открытых горных работ.

Одним из наиболее перспективных является принцип разработки, использующий эффект обрушения пород. Сущность этого принципа заключается в способности горных пород, обрушатся под действием собственного веса, т. е. для отделения породы от массива и ее рыхления используются естественные силы. Для обрушения блока пород необходимо произвести подрезку в его основании и, таким образом, создать такое обрушение, при котором сил собственного веса пород будет достаточно для отделения блока от массива. В результате обрушения и удара блока о подошву уступа произойдет рыхление пород. Такая разработка наименее энергоемкая и обеспечивает независимость рабочих параметров машин от высоты разрабатываемого уступа.

Процессы естественного обрушения откосов достаточно хорошо изучены, хотя во многих случаях оползни и другие виды потери устойчивости откосов могут быть проанализированы только после их реализации. (Рис 1а).

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

Рис. 1а. Процессы естественного обрушения откосов.

При управляемом обрушении породных уступов в отличие от естественных оползней рассматриваются запланированные и спровоцированные виды деформаций массивов. Масштабы этих деформаций могут быть достаточно большими, поэтому технологическая целесообразность использования таких явлений зависит от надежности расчетных методов при определении параметров направленного воздействия на массив.

По этим причинам расчетные методы должны учитывать особенности поведения массива при искусственном нарушении его устойчивости, которые в значительной мере зависят от высоты обрушения блока или уступа, свойств и состояния массива горных пород, способа инициирования процесса деформации и др.

При обрушении высокого уступа на всю высоту достигается максимальное использование сил собственного веса пород при отделении их от массива. Высота обрушаемого уступа определяется углом откоса, при котором обеспечивается спокойное обрушение массы по мере ее подработки.

Рис. 1б. Поперечное сечение подрабатываемого уступа после обрушения

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

Прогнозирование граничных параметров уступов обычно основывается на предположении о возможной форме линии (поверхности) скольжения, которая может быть прямолинейной [1, 2, 3] или вогнутой по отношению к плоскости откоса кривой [4, 5, 6].

В одних случаях форма поверхности сдвижения задается a-priori [7], в других – вытекает из решения задачи предельного равновесия [6].

Несмотря на кажущуюся простоту задачи, она до сих пор не имеет достаточно обоснованного аналитического решения.

Постановка задачи. Исходя из вышеизложенного, сформулируем задачу о предельном равновесии породного откоса (уступа). Уступ высотой H сложен однородной породой с объемным весом γ и имеет угол наклона к горизонту α, верхняя его часть высотой Н90 обладает вертикальной устойчивостью, предел прочности пород на сжатие равен Rс, причем сами породы существенно ослаблены за счет внутренних дефектов, что учитывается коэффициентом структурного ослабления kc (рис. 1). Требуется определить предельную высоту такого уступа, форму и положение линии скольжения призмы обрушения.

Традиционно при расчете устойчивости откосов используется «метод сил», который основан на оценке удерживающих и сдвигающих усилий от собственного веса пород в пределах призм возможного обрушения. Более перспективным представляется подход, основанный на анализе картины распределения напряжений в породном массиве, возникающей под действием веса пород при определенной геометрии откоса. Учитывая существенную несимметрию рассматриваемой задачи, ее решение осуществлялось методом конечных элементов (МКЭ) [7].

Рис. 1в. Расчетная схема к решению задачи об устойчивости породного уступа

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

В качестве объекта рассмотрения взят реальный случай обрушения уступа на карьере, имевший место в действительности [8]. Для этого случая известны геометрические параметры уступа: высота H = 43,0 м, угол откоса α = 220; физико-механические характеристики пород: объемная плотность g = 1900 кг/м3, модуль упругости E = 2,78*10-9, коэффициент Пуассона n = 0,2, пределы прочности на одноосное сжатие и растяжение Rс = 297*104 RР = 135*104 кг/м2.

Целью расчетов являлось теоретическое определение в предельном состоянии формы поверхности, по которой происходит оползание призмы скольжения и сравнение полученных результатов с данными натурных наблюдений.

Определение формы и положения поверхности скольжения. Для аппроксимации исследуемой области (рис. 1) использовались четырехугольные элементы (рис. 2). В ходе решения задачи определялись все компоненты напряженно-деформированного состояния среды в узлах конечно-элементной сетки и в центре тяжести каждого элемента.

Рис. 2. Аппроксимация исследуемой области четырехугольными элементами

Основной предпосылкой для определения возможной поверхности сдвижения являлась следующая гипотеза: поверхность сдвижения есть геометрическое место точек, в которых произошло разрушение материала под воздействием совместного влияния нормальных и касательных напряжений. В качестве критерия прочности использовалось соотношение, предложенное и [7]:

, (1)

где — соответственно наибольшее и наименьшее главные напряжения, .

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

В общем случае напряженного состояния условие прочности принимает вид

(. (2)

Для материалов, одинаково сопротивляющихся сжатию и растяжению, y=1. В этом случае из выражения (2) вытекает теория прочности Кулона.

Разрешим уравнение (1) относительно и получим:

. (3)

Левая часть полученного равенства представляет собой некоторое напряжение, приведенное к одноосному состоянию, иными словами, напряжение, эквивалентное одноосному.

Отличие прочности массива от прочности образцов горных пород оценивается коэффициентом структурного ослабления, который получен на основе статистической теории прочности в предположении, что прочность образцов горных пород распределена по нормальному закону [9]:

Для рассматриваемых условий, когда учитывалась только статистическая неоднородность среды без трещин, коэффициент структурного ослабления kc = 0,4.

С учетом неоднородности пород условие предельного состояния пород принимает вид:

. (5)

Величину в дальнейшем будем называть коэффициентом запаса прочности породной среды в точке.

Таким образом, задача сводится к отысканию такой предельной поверхности, на которой выполняется условие (5). При численном решении задачи о плоской деформации рассматриваемого сечения породного массива, результатом расчетов является след этой поверхности, то есть совокупность точек плоскости, в которых выполняется предельное соотношение (4). Применительно к МКЭ это совокупность элементов, в которых комбинация нормальных и касательных напряжений удовлетворяет условию прочности (4) с некоторой наперед заданной точностью.

На рис 3. показаны элементы, в которых выполняется данное соотношение, то есть коэффициент запаса прочности (5) близок к единице.

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

Центры тяжести этих элементов образуют изолинию эквивалентных напряжений , то есть изолинию коэффициента прочности .

Изолиния имеют выпукло-вогнутую форму, начинается у подножия уступа и заканчивается в том месте, где выполнен технологический пропил, способствующий сдвижению породной массы. Форма полученной линии сдвижения близка к той, что наблюдалась фактически в натурных условиях.

Интересно, что изолиния практически идеально (см. рис. 3) совпадает с единственной из изолинией, нормальных напряжений , которая начинается у подножия уступа и заканчивается у основания вертикального пропила (для условий расчета это изолиния @ 2 МПа). Последующие расчеты, выполненные для различных комбинаций прочностных свойств и геометрических размеров породных откосов, подтвердили это наблюдение.

Рис. 3. Картина совпадения распределения составляющих нормальных напряжений с элементами, в которых выполняется условие (5)

По-видимому, именно горизонтальная составляющая нормальных напряжений играет основную роль в процессе разрушения породной среды в данной горнотехнической ситуации.

147871KSAN

Оценка устойчивости подрабатываемых породных уступов на месторождениях с мягкими покрывающими породами

Выводы

1. Поверхность сдвижения породного откоса интерпретирована как геометрическое место точек, в которых комбинация нормальных и касательных напряжений удовлетворяет с некоторой, наперед, заданной точностью критериальному соотношению феноменологической теории прочности.

2. Изолиния горизонтальной составляющей напряжения, которая соединяет нижнюю точку подрабатываемого уступа с вертикальным пропилом в пределах вертикальной части уступа Н90, в условиях задачи плоской деформации, полностью совпадает с прогнозируемой линией сдвижения.

3. Получена удовлетворительная сходимость формы и положения теоретической линии скольжения с фактической, наблюдаемой в натурных условиях, что позволяет использовать данную методику расчетов для прогноза места расположения и формы поверхности сдвижения горной породы при подработке уступа, а следовательно, определить его граничные параметры.

Литература

1. Шапарь горных пород и устойчивость бортов карьеров. – К: Вища школа, 1973. – 120 с.

2. Фисенко бортов карьеров отвалов. – М.: Недра, 1965. – 378 с.

3. Маслов устойчивости склонов и откосов в гидротехническом строительстве. – М.: Гидроэнергоиздат, 1970. – 132 с.

4. , Срагович предельных контуров устойчивых откосов. – М.: Изд-во АН СССР, 1954. – 276 с.

5. Маслов устойчивости склонов и откосов в гидроэнергетическом строительстве. – М.: Гидроэнергоиздат, 1955. – 278 с.

6. Соловьев откосов из гипотетического грунта. // Тр. НИИЖТ, т. XXVIII. – Новосибирск, 1962. С.34-38.

7. , Пустовойтенко горных пород: Учебник для ВУЗов. К.: Новий друк, 2004. – 400 с.

8. , Полищук сдвижения природных и техногенных откосов с учетом пористости и обводненности массива // Геотехническая механика: Межвед сб. научн. тр. // Ин-т геотехнической механики НАН Украины. – Днепропетровск, 2000. Вып. 22 С. 98-104.

9. , , Сдвижкова задачи статистической геомеханики. – Київ. 2002. – 302 с.

Способ защиты от взрывов предохранительной бермы уступа в карьере

Изобретение может быть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Бурят контурные скважины для предварительного щелеобразования при заоткоске нерабочих уступов и формируют буферную зону с целью защиты верхней части уступа от сейсмического действия взрывов. Глубину щели устанавливают из условия полной защиты потенциальной зоны разрушения бермы при максимально возможной ее сработке в результате осыпеобразования по математической зависимости. Буферные скважины глубиной, соизмеримой с глубиной щели, располагают по отношению к откосу уступа под углом, обеспечивающим максимальное дробление пород буферной зоны при одновременном обтекании сейсмическими волнами этой поверхности. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых в условиях скальных и полускальных пород, а также в гидротехническом строительстве.

Известен способ защиты законтурного массива от сейсмического действия взрывов предварительно пройденной экранирующей щелью (Галустьян Э.Л. и др. Обеспечение устойчивости откосов в глубоком карьере. Горный журнал, 1983, N 7, с. 50-54). Вдоль наклонной поверхности откоса нерабочего уступа на всю его высоту проходят экранирующую щель, после чего отрабатывают приконтурную заходку. Недостаток способа — малая мощность экранирующего слоя, который образуется в результате сбойки между двумя скважинными зарядами контурного ряда. В лучшем случае она равна 0,5 диаметра скважины, т.е. составляет максимально 0,1-0,15 м. Положительный эффект — отделение извлекаемой породы из законтурного массива и формирование ровной поверхности откоса. Сейсмическое действие взрыва такая щель снижает не более чем на 20%.

Известны также способы отработки уступов на карьере, включающие формирование буферной зоны перед фронтом распространения взрывной волны с целью защиты законтурного массива от сейсмического действия взрыва [1]. Последние ряды скважин бурят с обратным (относительно откоса отстраиваемого уступа) наклоном и взрывают в них заряды ВВ до отработки последней заходки. Угол наклона скважин к горизонту =130 о — , где — угол откоса уступа.

Недостатки способа: так как откос уступа не «отрезан» от массива, первый ряд скважин разрушит верхнюю бровку оформляемого уступа; отсутствие обнаженной поверхности для взрывов в последующих рядах скважин затруднит работу зарядов ВВ, отрыв произойдет хаотично и откос не будет оформлен согласно проекту; величину угла определяют без учета механических свойств горных пород.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ отработки приконтурной полосы с проходкой экранирующей щели в верхней части объединяемого нерабочего уступа. В способе предусматривается частичное экранирование массива в верхней части уступа и отработка нижней его части по традиционной технологии [2].

Недостатки способа: глубину щели принимают ориентировочно, вне зависимости от высоты зоны, подлежащей защите от взрывов; малая мощность экрана, не обеспечивающая необходимой сейсмической защиты законтурного массива.

Цель изобретения — повысить эффективность защиты от взрыва верхней части уступа при обеспечении оптимального угла откоса уступа.

Для осуществления этой цели наклон щели в верхней части уступа устанавливают из условия: _{1 пл} , (1) где ₁ — угол наклона щели, град.; _пл — проектный угол откоса уступа с плоским профилем, град.; глубину ее определяют из выражения; l_min = , где l_min — минимально необходимая глубина отрезной щели, м; а — ширина предохранительной бермы, м;
— угол естественного откоса дробленых пород, град., после формирования щели формируют буферную зону путем взрывания части скважин рыхления, причем глубину этих скважин соизмеряют с глубиной щели на отрабатываемом горизонте, ориентируют их под углом, обратным углу откоса уступа, который определяют из выражения
= 90 о — , (2) где — оптимальный угол наклона между осями щели и буферной скважины, м;
— угол внутреннего трения пород, слагающих уступ, град., а отбойку пород ведут в направлении восстания откоса уступа.

Автору не известны способы защиты от взрывов предохранительных берм, в которых минимально необходимую глубину экранирующей щели устанавливают в зависимости от максимально возможной сработки верхней бровки уступа в результате осыпеобразования; угол наклона скважин буферной зоны принимают с учетом закономерностей геомеханики, согласно которым наиболее благоприятные условия разрушения пород реализуются между двумя поверхностями, составляющими по В.В. Соколовскому два семейства.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение защищаемого участка борта с предохранительной бермой шириной а; на фиг.2 — план участка со схемой размещения щели и скважин буферной зоны.

До отработки приконтурной заходки 1 бурят контурный ряд скважин, взрывают в них заряды ВВ и проходят экранно-отрезную щель 3. Эта щель необходима для оконтуривания и защиты верхней части 4 нерабочего уступа с предохранительной бермой 5. При определении минимально необходимой глубины щели 3 исходят из следующего. Верхняя часть уступа имеет две обнаженные поверхности 5 и 7, поэтому породы наиболее восприимчивы к дробящему и сейсмическому действию взрывов. При полном разрушении и выветривании пород призмы 4 берма 5 полностью срабатывается. Оставшаяся за контуром 6 порода располагается под углом естественного откоса . Следовательно, деформации не распространяется ниже поверхности 6. Что касается нижней части уступа 8, то она находится в благоприятных условиях (обнажена только со стороны откоса), поэтому не требует усиленной защиты.

Таким образом, минимально необходимая глубина щели обусловливается:
шириной предохранительной бермы а;
величиной угла естественного откоса дробленых пород;
величиной угла ₁ наклона щели и определяется из равенства (1).

Одновременно с бурением скважин для проходки щели 3 бурят наклонные скважины 2 буферной зоны. Взрывы в скважинах 2 производят при наличии щели 3, так как последняя служит экраном для законтурного массива и является дополнительной поверхностью обнажения. Следует подчеркнуть, что при расположении скважин 2 под углом (2) достигается максимальный эффект от работы зарядов ВВ:
заряд не испытывает зажима со стороны боковых пород;
подрезаемый с двух сторон блок легко разрушается малым зарядом;
сейсмовзрывные волны обтекают поверхность откоса 7, не проникая в законтурный массив.

Придание щели угла наклона ₁, угол _пл, принятый проектом в результате расчетов, не вызовет уменьшения общего угла откоса уступа, если нижнюю его часть заоткосить под вертикальным углом экранно-отрезной щелью 9. Это допустимо, так как нижняя часть уступа, как отмечалось выше, устойчива, что подтверждается практикой. Положительный эффект — одновременно с повышением устойчивости уступа сокращается объем вскрышных пород, заключенных между плоским и выпуклым профилями уступа. Отработку заходки и заоткоску нижней части уступа осуществляют по авт.св. N 752001. В тех случаях, когда ₁= _пл, нижнюю часть откоса уступа 10 оформляют, например, разноглубокими наклонными или вертикальными скважинами.

Скважины буферной зоны бурят порядно, на расстоянии 5-6 м в ряду и между рядами (в зависимости от диаметра скважин расстояния корректируют). Вначале взрывают заряды в скважинах 11-го ряда, затем, с заземлениеми 70-100 мс, — 12-го ряда.

П р и м е р. В условиях Ковдорского карьера, борта которого сложены эффузивными породами с углом естественного откоса 38 о и внутреннего трения 36 о , определить минимально необходимую глубину щели при высоте нерабочих сдвоенных уступов 24 м и проектном угле откоса 60 о . Заоткоску уступов осуществляют буровым станком СБШ-250 МН. Ширина бермы 10 м.

В верхней части сдваиваемого уступа проходят щель глубиной
l_min = = 17 м.

После формирования щели тем же буровым станком бурят и взрывают скважины буферной зоны. Угол наклона скважин определяют исходя из величины угла :
= 90 — 36 = 54 о .

Угол наклона скважин к горизонту при =54 о составляет около 60 о . Буферную зону формируют взрывами в двух рядах наклонных скважин с расстоянием между ними 5 м и глубиной, соизмеримой с глубиной щели. Взрывание ведут порядно, с отбойкой пород в направлении восстания откоса уступа.

Преимущества предлагаемого способа в сравнении с известным следующие:
обоснована минимально необходимая глубина экранно-отрезной щели. При рекомендованной глубине щель полностью защищает верхнюю часть уступа, подверженную процессам осыпеобразования;
наличие буферной зоны, мощность которой может составить 10 м и более, обеспечивает надежную защиту законтурного массива, в том числе и верхнюю бровку уступа, от сейсмического воздействия взрывов;
при необходимости уменьшить проектный угол откоса уступа в верхней части (которая часто недостаточно устойчива из-за наличия перебуров в скважинах, пробуренных с отметки надбермового горизонта) путем придания уступу двугранного профиля можно уменьшение угла в верхней части уступа компенсировать увеличением его в нижней части, которая более устойчива.

Способ ориентирован на нерабочие уступы с минимальной шириной предохранительных берм.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ВЗРЫВОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ БЕРМЫ УСТУПА В КАРЬЕРЕ, включающий бурение контурных скважин и скважин рыхления, заряжание их и порядное взрывание, отбойку пород, формирование наклонной щели в верхней части уступа, отработку горной породы горизонта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты от взрывов верхней части уступа при обеспечении оптимального угла откоса уступа, наклон щели в верхней части уступа устанавливают из условия
_{1 пл} ,
где — угол наклона щели, град.;
_пл — проектный угол откоса уступа с плоским профилем, град.,
глубину ее определяют из выражения
l_min = ,
где l_min — минимально необходимая глубина отрезной щели, м;
a — ширина предохранительной бермы, м;
— угол естественного откоса дробленых пород, град.,
после формирования щели формируют буферную зону путем взрывания части скважин рыхления, причем глубину этих скважин соизмеряют с глубиной щели на отрабатываемом горизонте, ориентируют их под углом, обратным углу откоса уступа, который определяют из выражения
= 90 o — ,
где — оптимальный угол между осями щели и буферной скважины, град.;
— угол внутреннего трения пород уступа, град., а отбойку пород ведут в направлении восстания откоса уступа.