Маркшейдерское обеспечение безопасности горных работ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
МАГНИТОГОРСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра
маркшейдерского дела и геологии
Контрольная
работа
по дисциплине
"Маркшейдерское
обеспечение безопасности горных работ"
Руководитель: Колесатова О.С.
Студент: Хайруллин М.Р.
Магнитогорск
1. Маркшейдерские работы по обеспечению устойчивости
откосов на карьерах
Глубина многих карьеров в настоящее время уже достигла
нескольких сотен метров. Высота отвалов вскрышных пород в условиях нагорных
карьеров иногда достигает 200 м и более. В связи с этим вопросы устойчивости
откосов бортов и отвалов относятся к числу наиболее актуальных для открытых
разработок, так как с ними связано проведение мероприятий по обеспечению
безопасности производства горных работ и повышению технико-экономических
показателей горного предприятия. В частности, увеличение общего угла наклона
борта всего лишь на 1° при глубине карьера 300 м приводит к сокращению объема
вскрыши на 3 млн. м3 на каждый километр протяженности борта.
Расчет угла откоса, обеспечивающего его устойчивость
при проектировании карьеров, базируется на приближенных фактических исходных
данных.
В процессе эксплуатации месторождения уточняются
многочисленные факторы, влияющие на устойчивость откосов. Для предупреждения
возможных нарушений устойчивости откосов маркшейдеры производят систематические
инструментальные наблюдения. При отдельных нарушениях данные маркшейдерских
наблюдений позволяют устанавливать причины и характер нарушений устойчивости
откосов, которые учитываются при корректировке параметров откосов на других
участках данного карьера или на других карьерах с аналогичными условиями.
На карьерах различают следующие основные виды
нарушения устойчивости уступов, бортов и отвалов.
Осыпи - скатывание отдельных кусков и глыб
к основанию откоса. Они характерны для всех видов горных пород, затрагивают
приповерхностную часть крутых откосов и формируются в течение нескольких лет
под влиянием ослабления и выветривания пород на поверхности откоса.
Обрушения захватывают значительные части
массивов горных пород и возникают при углах откосов бортов и отвалов,
превышающих 25-35°, и при падении ослабленных слоев и дизъюнктивных нарушений в
сторону выемки под углом более 25-30°. Активная стадия обрушений протекает
фактически мгновенно, поэтому они очень опасны для людей и механизмов,
работающих на нижележащих уступах.
Оползни - медленное смещение породных масс
по пологой поверхности. Они являются наиболее распространенным видом нарушения
устойчивости бортов и отвалов. Оползни возникают по многим причинам, например
при подтоке грунтовых вод к откосу, при наличии слоев пластичных глин и
напорных вод, при обводненном основании и слабых породах в отвалах, при
несоответствии угла откоса и его высоты и т. д. Активная стадия оползней
протекает в течение значительного времени (от нескольких часов до нескольких
месяцев) и вовлекает в движение от сотен до нескольких миллионов кубических
метров породной массы.
Просадки - вертикальное опускание верхних
участков рыхлых породных масс без образования сплошной поверхности скольжения.
Они возникают в результате уплотнения отвальных пород, их увлажнения
атмосферными осадками и консолидации. Просадки - это наименее опасный вид
нарушения устойчивости откосов.
Таким образом, основными факторами, способствующими
развитию деформации откосов на карьерах, :
) наличие поверхностей ослабления -
тектонических нарушений, слабых контактов между слоями и т.д.;
) обводненность пород и слабая их
дренируемость;
) интенсивная трещиноватость массива борта;
) наличие прослойков обводненных глинистых
пород.
Основными причинами развития деформации откосов
являются:
а) несоответствие углов, очертания и высот откосов
данным геологическим условиям, т.е. неправильный расчет угла откоса;
б) отсутствие или неэффективность дренажа;
в) неправильное ведение горных работ (массовые
взрывы вблизи борта карьера и очередность отработки участков).
. Маркшейдерские наблюдения за сдвижением откосов
Инструментальные маркшейдерские наблюдения за сдвижением
откосов позволяют обнаружить раннюю стадию возникновения оползней и принять
соответствующие меры: определить количественные показатели развития деформации
на отдельных участках, установить характер оползневого процесса и показатели
сопротивляемости на сдвиг для всего массива горных пород.
Наблюдательная станция состоит из нескольких
профильных линий, расположенных вкрест простирания откосов. Длины профильных
линий устанавливают с таким расчетом, чтобы их концы располагались на
расстоянии 100-150 м вне зоны ожидаемой деформации после отработки карьера на
всю глубину. По каждой профильной линии закладывают реперы. Опорные реперы за
пределами ожидаемой зоны сдвижений закладываются на расстоянии 20 - 40 м друг
от друга, а рабочие реперы в пределах ожидаемой зоны сдвижения - через 5-20 м.
Конструкция реперов должна обеспечивать прочную связь с массивом горных пород,
а глубина их основания должна быть больше глубины промерзания грунтов на
0,4-0,5 м. Головки реперных знаков должны быть полусферическими, с отверстиями
в середине.
Инструментальные наблюдения по каждой профильной линии
и в каждой серии включают следующие измерения: а) нивелировку всех реперов,
начиная от опорных; б) измерение расстояний между реперами; в) съемку трещин и
других особенностей появившихся после предыдущей серии наблюден. Промежуток
времени между сериями наблюдений зависит от интенсивности сдвижений и
составляет от 5-10 дней до одного года. Результаты наблюдений считаются
удовлетворительными, если при двойных измерениях между реперами разность
превышений из двух геометрических нивелировок ≤± 3 мм, разность
горизонтальных расстояний ≤ ± 2 мм.
По результатам этих наблюдений для всех реперов
определяют горизонтальные и вертикальные составляющие смещений и по ним -
величину и направление общего вектора смещения.
. Установление характера оползней по результатам
маркшейдерских наблюдений
Векторы сдвижений, определенные по данным
маркшейдерских наблюдений, позволяют сделать прогноз характера смещения части
массива горных пород. Этот прогноз основан на том, что векторы смещений
приблизительно параллельны соответствующим участкам поверхностей скольжений.
Если, например, векторы сдвижении для всех реперов
наблюдательной станции или ее участка изменяют свое направление закономерно,
плавно выполаживаясь к основанию, а по величине сверху вниз они почти
одинаковы, можно сделан вод, что на данном участке оползневое тело движется по
плавной криволинейной поверхности как одно целое, без относительных смещений
отдельных его частей.
В этом случае, пользуясь направлениями векторов
перемещения реперов, приближенное положение поверхности скольжения строится
следующим образом (рис. 6.19). На профиле, где изображены в том же масштабе
векторы смещений реперов, от их середины восставляют перпендикуляры в сторону
массива. От верхней трещины отрыва и нижней линии надвига проводят отрезки,
параллельные векторам сдвижений крайних реперов до середины между
перпендикулярами, проведенными от данных и следующих векторов. Затем аналогично
проводят ломаные линии, параллельные следующим векторам сдвижений и т. д. Если
ломаные линии, проведенные с верхних и нижних концов оползневого участка, не
смыкаются, то, как показано на рис. 6.19, проводят сглаженную кривую.
В тех случаях, когда векторы сдвижения всех реперов
параллельны между собой и наслоению пород, то это указывает на скольжение части
массива по этой поверхности.
Маркшейдерские работы по обеспечению устойчивости бортов отработанных
карьеров и сохранности прилегающих к ним территорий включают: оценку длительной
устойчивости бортов, наблюдения за деформацией прилегающей к карьерам полосы
земной поверхности, разработку мер предотвращения опасных деформаций
прибортовой полосы земной поверхности.
Оценка длительной устойчивости бортов погашенных карьеров производится на
основе детального изучения геологического строения бортов в предельном контуре
карьера и всех инженерно- геологических факторов, оказывающих влияние на
устойчивость откосов. Особое внимание при этой оценке уделяется вопросам
длительной прочности пород, их выветриванию с течением времени, изменению
гидрогеологических условий в бортах карьеров.
При затоплении карьеров после их отработки наименьший коэффициент запаса
устойчивости бортов получается при их подтоплении примерно на 0,3 их высоты.
Поэтому расчет устойчивости производится как неподтопленного борта - при
наиболее неблагоприятном положении депрессионной поверхности в борту, так и
подтопленного - при наиболее неблагоприятном уровне воды в карьере. Ухудшение
устойчивости борта при его частичном подтоплении связано с уменьшением сил
трения в зоне призмы упора вследствие ее гидростатического взвешивания.
Устойчивость улучшается при полном подтоплении борта, когда гидростатическому
взвешиванию подвергается также и призма активного давления. В связи с этим,
если принято решение о сохранении карьера в затопленном состоянии, то
необходимо форсировать полное затопление карьера.
Наиболее ответственной частью маркшейдерских работ при погашении карьеров
является обеспечение безопасной сохранности прилегающих к карьерам территорий.
В зависимости от геологического строения отдельных участков бортов и
верхних уступов земная поверхность вокруг погашенного карьера будет
претерпевать различного рода деформации.
Опыт открытых разработок показывает, что при общем коэффициенте запаса
устойчивости 1,2-1,25 в пределах призмы, ограниченной наиболее слабой
поверхностью, возникают смещения до 50-70 мм. При коэффициенте 1,1-1,15 они
достигают величин 0,5-2 м с образованием открытых трещин, при коэффициенте
запаса менее 1,1 с течением времени возможно образование оползания борта.
При составлении проекта на доработку карьера и его погашение должно быть
проведено районирование бортов по степени их общей устойчивости и степени
устойчивости верхних уступов при их сохранении в сухом состоянии и после
затопления карьера.
Если территория вокруг карьера застроена, то необходимо составить прогноз
ожидаемых деформаций земной поверхности вокруг карьера, связанных как с Общей
деформацией борта в зависимости от коэффициента запаса устойчивости, так и с
возможным развитием оползней верхних уступов.
Прогнозная оценка ожидаемых деформаций уточняется путем инструментальных
наблюдений за деформациями прибортовой полосы земной поверхности по методике,
аналогичной методике наблюдений за сдвижением земной поверхности при подземной
разработке месторождений.
Если ожидаемые деформации земной поверхности вокруг карьера превышают
допустимые для имеющихся на этой территории сооружений, то должны быть приняты
меры по уменьшению деформаций, если из экономических соображений это
оправдывается.
В качестве мер, повышающих коэффициент запаса устойчивости и,
следовательно, уменьшающих деформаций бортов, применяются:
подпор нижней части борта отвалами пород;
выполаживание верхней части борта;
оставление предохранительных целиков;
сохранение дренажа бортов.
Все эти мероприятия могут быть выражены в количественной форме путем
расчета на устойчивость при необходимой заданной величине повышения
коэффициента запаса устойчивости.
Для предотвращения оползней и обрушений отдельных участков верхних
уступов могут быть применены следующие мероприятия:
заоткоска уступов;
пригрузка откосов дренирующим материалом;
планировка прибортовой полосы земной поверхности с целью предотвращения
скопления воды;
Список используемой литературы
маркшейдерский откос карьер оползень
1. Маркшейдерское дело,
Р.Р.Синанян, М . "Недра" 1982
2. ПОСТАНОВЛЕНИЕ
Госгортехнадзора РФ от 02.06.99 N 33 "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ИНСТРУКЦИИ О ПОРЯДКЕ
ВЕДЕНИЯ РАБОТ ПО ЛИКВИДАЦИИ И КОНСЕРВАЦИИ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ,
СВЯЗАННЫХ С ПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕДРАМИ"
3. Маркшейдерия, Д.Н.Оглоблин