GrabDuck

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Постановление ...

:

Дата введения 1999-01-01


СОГЛАСОВАНО: с Министерством топлива и энергетики РФ
ВВЕДЕНО В ДЕЙСТВИЕ с 1 января 1999 г.
УТВЕРЖДЕНО: Госгортехнадзором РФ 16 марта 1998 г.
Правила разработаны ВНИМИ на основе большого объема фактического материала по изучению характера проявлений деформаций прибортовых массивов и отвалов в различных горно-геологических условиях, лабораторных и аналитических исследований процессов деформирования откосов, анализа эффективности инженерно-технических мероприятий по повышению устойчивости бортов, уступов и отвалов.
Правила содержат методы оценки устойчивости откосов, определения максимальных параметров устойчивых бортов, уступов и отвалов на разрезах, а также рекомендации инженерно-технических мероприятий для повышения устойчивости откосов.
В Приложениях приведены графики предельных параметров бортов, уступов и отвалов, примеры необходимых расчетов и каталоги физико-механических свойств вмещающих угольные пласты пород и отвальной смеси.
Правила предназначены для использования горными предприятиями, проектными, научно-исследовательскими организациями угольной промышленности.
Правила разработаны впервые.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Настоящие правила регламентируют способы оценки устойчивости бортов разрезов, отвалов и методы расчетов максимальных параметров устойчивых бортов, уступов и отвалов, а также меры по предупреждению оползневых явлений и борьбы с ними.

2. Требования к надежности оценки устойчивости бортов разрезов с увеличением их глубины и сроков службы, учитывая опасность для горного предприятия деформирования прибортовых массивов в этих условиях, повышаются.
Меры предупреждения оползневых явлений и борьбы с ними должны обеспечивать безопасность, экономическую и экологическую целесообразность разработки полезных ископаемых открытым способом.

3. Для надежного прогноза устойчивости откосов необходимы исходные данные, характеризующие горно-геологические условия поля разреза.
Факторы, влияющие на устойчивость бортов разрезов, изложены в разд.2, дополнительные факторы, учитывающие особенности условий устойчивости отвалов, приведены в разд.9.
Требования к изученности инженерно-геологических условий угольных месторождений для определения устойчивости бортов разрезов и уступов изложены в "Методическом пособии по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, подлежащих разработке открытым способом"* (Л.: Недра, 1986. - 112 с.).
________________
* Документ, упомянутый здесь и далее по тексту, является авторской разработкой. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.
В период строительства и эксплуатации разрезов инженерно-геологические условия уточняются на основании изучения деформаций бортов разрезов, детального изучения физико-механических свойств горных пород, их трещиноватости, условий залегания слоев пород по мере их вскрытия, тектонического строения массива.

4. Правила оценки устойчивости откосов и определения максимальных параметров бортов разрезов, уступов и отвалов в зависимости от горно-геологических условий на разрезах изложены в разделах 3, 5 и 9. Влияние воды на напряженное состояние массива в схемах расчета устойчивости откосов оценивается учетом действующих сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.

5. В приложениях 1, 3, 4, 5 Правил приведены графики предельных параметров бортов и уступов в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Учитывая схематизированность этих условий и определенные допущения, сделанные при расчетах упомянутых графиков, для принятого варианта параметров откоса необходимо производить контрольную оценку устойчивости откоса по представленной в табл.3.1 и разд.5 соответствующей схеме расчета.
Приведенные в указанных приложениях графики применимы при определенных условиях, указанных в п.5.3.6 настоящих Правил.

6. Наиболее надежным способом оценки фактического состояния откосов при принятых параметрах бортов разрезов и уступов является контроль за деформациями прибортового массива, которые не должны превышать для рассматриваемых условий предельно допустимых величин.
Метод оценки устойчивости бортов по их деформациям и прогноз смещений земной поверхности прибортовых массивов горных пород по их деформационным свойствам приведены в разд.7.
Требования к методике и периодичности наблюдений за деформациями откосов на разрезах изложены в "Методических указаниях по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости"* (Л.: ВНИМИ, 1987. - 118 с).
________________
* Документ, упомянутый здесь и далее по тексту, является авторской разработкой. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

7. Выбор эффективных инженерно-технических противооползневых мероприятий определяется геологическими условиями прибортового массива горных пород и причинами возникших деформаций.
Рекомендации соответствующих инженерно-технических мероприятий, повышающих устойчивость откосов, изложены в разд.8.

8. Настоящие Правила предназначены для технического решения вопросов устойчивости откосов на всех стадиях освоения месторождений: от проектирования и строительства угольных разрезов до погашения в них работ. Требования к периодичности необходимой контрольной оценки устойчивости бортов разрезов изложены в разд.3.

9. Отступления от настоящих Правил допускаются только при согласовании с органами Госгортехнадзора на основании заключения специализированной организации, имеющей соответствующую лицензию.

1. ОБОЗНАЧЕНИЯ

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- высота борта разреза (карьера), м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- высота вертикальной трещины отрыва, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- предельная высота вертикального откоса, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- высота вертикального откоса при подрезке слоев, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- предельная высота устойчивого отвала, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- условная высота промежутка высачивания, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- ширина призмы возможного обрушения борта (откоса уступа, отвала) по земной поверхности (верхней площадке уступа, отвала), м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- глубина, при которой возникают площадки скольжения на контакте (глубина трещин отрыва), м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол наклона борта, угол откоса уступа, угол откоса отвала, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол падения слоев и поверхностей ослабления массива, угол наклона основания отвала (слабого контакта в основании отвала), (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол между направлением наибольшего главного напряжения и площадкой скольжения, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол наклона поверхности скольжения в верхней части, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- плотность (объемный вес) горной породы, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, г/смПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- вес единицы объема воды (плотность воды), г/смПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- естественная влажность (весовая) пород, %;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сцепление породы, кг/смПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сцепление пород в образце (монолите), кг/смПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сцепление пород в массиве, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сцепление пород по контактам поверхностей ослабления, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сцепление (расчетная величина) в массиве, измененное на величину коэффициента запаса устойчивости, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- прочность пород на одноосное сжатие, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сопротивление пород отрыву, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент крепости пород по М.М.Протодьяконову;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент структурного ослабления массива;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент запаса устойчивости борта, откоса уступа, отвала;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент, зависящий от прочности пород в монолитном образце и характера трещиноватости;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- средний размер структурных блоков, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол внутреннего трения породы, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол трения по поверхностям ослабления, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол внутреннего трения (расчетная величина), измененный на величину коэффициента запаса устойчивости, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент внутреннего трения;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- общая длина поверхности скольжения (расчетной поверхности) призмы возможного обрушения, м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- длина отрезков вероятной поверхности скольжения (длина основания блока), м;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- вес отдельного блока, на которые разбивается призма возможного обрушения вертикальными гранями, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- нормальная составляющая веса отдельного блока, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- касательная составляющая веса отдельного блока, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол наклона площадки, являющейся основанием отдельного блока, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- силы реакции по площадкам поверхности скольжения, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- сила гидростатического давления, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент, характеризующий обводнение прибортового массива;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- силы реакции между смежными блоками (равнодействующие сил трения и сцепления), действующие по боковым поверхностям отдельного блока, т;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- углы излома поверхности скольжения, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол излома поверхности скольжения на границе со слабым слоем, (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- касательные напряжения по заданной площадке, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- нормальные напряжения по заданной площадке, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- максимальное значение общего сопротивления сдвигу отвальной массы (горной породы), т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- коэффициент фильтрации, м/сут;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- предельная (критическая) величина относительного смещения по поверхности разрушения;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- скорость смещения, мм/сут;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- относительное сопротивление пород сдвигу;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол наклона депрессионной кривой (...°);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

- угол естественного откоса горных пород, (...°).

2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ


Все факторы, влияющие на устойчивость бортов разрезов, можно разделить на четыре группы (рис.2.1):
- инженерно-геологические;
- гидрогеологические;
- физико-географические;
- горно-технические.

Рис.2.1. Группы факторов, влияющие на устойчивость бортов разрезов

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.2.1

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


К наиболее существенным инженерно-геологическим факторам относятся [1, 2]:

1. Структурно-тектоническое строение массива. Условия залегания угольных пластов и вмещающих пород, наличие тектонических нарушений, трещин большого протяжения, поверхностей древних оползней и т.д.
От пространственной ориентировки крупных поверхностей ослабления в массиве горных пород (слоистости, сланцеватости, разрывных тектонических нарушений, поверхностей древних оползней) в значительной степени зависят положение и форма поверхностей скольжения, что, в свою очередь, определяет схему расчета устойчивости бортов. Этот фактор является одним из решающих при оценке устойчивости откосов, сложенных осадочными слоистыми породами при направлении падения слоев и нарушений в сторону открытой горной выработки, так как по таким поверхностям ослабления сцепление незначительно, а углы трения существенно меньше, чем по другим направлениям.

2. Прочность горных пород в прибортовом массиве.
Основными характеристиками прочности пород в массиве при оценке устойчивости откосов являются показатели сопротивления сдвигу или срезу (сцепление и коэффициент внутреннего трения), которые определяются генезисом пород, степенью литификации осадочных пород, их литолого-петрографическими особенностями (минеральным и гранулометрическим составами, структурой и текстурой в образце, составом цемента в осадочных сцементированных породах, плотностью сложения в рыхлых несвязных породах - песках, галечниках, гравелистых породах, плотностью сложения и влажностью в мягких связных - глинистых породах); сцепление в массиве всех трещиноватых пород зависит от прочности (сцепления) пород в образце, интенсивности и характера трещиноватости пород (формы и размера структурных блоков), а также сцепления пород по контактам слоев и другим поверхностям ослабления.

3. Характеристики сопротивления сдвигу по контактам пород и другим поверхностям ослабления, которые зависят от характера контакта и контактирующих поверхностей (контакты открытые, закрытые, с заполнителем; поверхности ровные, неровные, гладкие, шероховатые).

4. Деформационные характеристики пород, их длительная прочность.

5. Склонность пород в откосах к изменению свойств во времени (набухание, разуплотнение, выветривание, выщелачивание).

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


Влияние гидрогеологических факторов сводится к следующим трем направлениям [3, 4]:

1. Изменение напряженного состояния прибортового массива горных пород: гидродинамическое давление и гидростатическое взвешивание.
Суммарное влияние гидростатического взвешивания и гидродинамического давления проявляется как гидростатическое давление, действующее по поверхности скольжения и направленное по нормали к ней; гидростатическое давление снижает эффективные напряжения в массивах горных пород и способствует уменьшению сил, удерживающих массивы в устойчивом состоянии; гидростатическое взвешивание и гидродинамическое давление оказывают существенное воздействие на устойчивость борта в целом при условии, что значительная часть призмы возможного оползания находится ниже депрессионной (пьезометрической) кривой, или же при больших перепадах напоров в прибортовой зоне вблизи откоса; кроме силового воздействия гидростатические и гидродинамические силы способствуют набуханию и снижению прочности глинистых пород, вскрываемых горными работами.

2. Снижение прочности пород, склонных к набуханию.
Значительное влияние на снижение прочности пород в процессе отработки полезного ископаемого оказывают поверхностные и подземные воды; под влиянием поверхностных вод (в основном дождевых и талых, а также подземных, стекающих по поверхности откосов при отсутствии организованного их отвода) песчано-глинистые породы разуплотняются, увлажняются и набухают, что может приводить к оползанию слагаемых ими уступов.

3. Механический вынос и снос - поверхностная эрозия, оплывание, суффозия и другие фильтрационные деформации.

ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


К этой группе факторов относятся климатические условия, орогидрография участка разреза и прилегающей к нему территории, сейсмичность района, наличие и характер распространения многолетнемерзлых пород.
К климатическим факторам, оказывающим влияние на устойчивость откосов, относятся: количество атмосферных осадков, характер дождей, мощность снегового покрова и продолжительность его таяния (с этим фактором связано питание водоносных горизонтов, развитие деформаций); температурный режим района, глубина сезонного промерзания и оттаивания пород оказывают влияние на интенсивность выветривания слабостойких пород, образование осыпей и разрушение берм; режим ветров, их сила, продолжительность и направление влияют на устойчивость песчаных откосов и на выветривание пород.
Рельеф района существенно влияет на характер стока атмосферных осадков и обводнение пород в окрестности разреза.

ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


К основным факторам этой группы относятся: способы ведения буровзрывных работ, форма выемки в плане, высота и профиль борта, параметры элементов уступов, подработка прибортового массива пород подземными горными выработками при комбинированном способе отработки месторождения.
На устойчивость откосов уступов, сложенных скальными и полускальными породами, и на величину углов наклона бортов наибольшее влияние оказывают способ производства буровзрывных работ, параметры уступов и берм (ширина берм, частота их расположения). Степень влияния взрывных работ на уменьшение прочности массива горных пород зависит от способа взрывания, расстояния от места взрыва и структуры массива.
На устойчивость рыхлых или выветрелых пород, склонных к набуханию или размоканию, влияют профиль площадок уступов, обеспечивающий сток дождевых и талых вод, и своевременная заоткоска уступов.
Форма выемки в плане определяет наличие в различных горно-геологических условиях сил бокового распора, влияющих на предельные параметры устойчивых откосов.
Подработка бортов разрезов подземными горными выработками приводит к уменьшению прочности массива, что необходимо учитывать при определении общих углов наклона бортов или углов откосов уступов. Это влияние зависит от системы разработок, свойств горных пород и характера их деформаций при подработке.
В зависимости от структурного и литологического строения массива горных пород степень влияния перечисленных выше факторов на устойчивость бортов различна.
Исходя из основных факторов, оказывающих влияние на устойчивость откосов, ВНИМИ разработал классификацию массивов горных пород по их склонности к деформациям (разд.3).
Объем и методика инженерно-геологических работ определяются в зависимости от степени сложности геологического строения месторождения, а также стадии его освоения (разведка, проектирование, строительство и эксплуатация). Рекомендации об этом содержатся в "Методическом пособии по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, подлежащих разработке открытым способом" (Л.: Недра, 1986).
Методика гидрогеологических исследований зависит от гидрогеологических условий месторождения и содержится в специальной литературе [4, 5].

3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ

3.1. Устойчивость бортов, уступов и отвалов на разрезах обеспечивается при условиях, когда отношение удерживающих сил, действующих по наиболее напряженной (наиболее слабой) поверхности в прибортовом массиве, к сдвигающим силам по этой поверхности составляет не менее величины нормативного коэффициента запаса устойчивости, т.е. выполняется условие:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сумма сил трения и сцепления, удерживающих откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - суммы касательных сил, сдвигающих откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - другие силы, удерживающие откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - другие силы, сдвигающие откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - коэффициент запаса устойчивости.

3.2. Величина коэффициента запаса устойчивости устанавливается в зависимости от достоверности исходных геологических данных, используемых в расчетах, технологии разработки месторождения и категории охраняемого объекта. Правила выбора величины коэффициента запаса изложены в разд.6.

3.3. Оценка устойчивости бортов разрезов, отвалов (оценка соотношения сил) и определение максимальных параметров устойчивых откосов производятся расчетом по методам и схемам, учитывающим геологические условия месторождения и напряженное состояние прибортового массива.
Методы расчета устойчивости откосов, учитывающие напряженное состояние реальных прибортовых и отвальных породных массивов, и схемы расчета, соответствующие характеру их деформирования в различных горно-геологических условиях, представлены в табл.3.1 и разделах 5, 9.

Таблица 3.1


Типовые схемы расчета устойчивости бортов разрезов

Горно-геологические условия прибортового массива

Расчетные схемы (схемы деформирования откосов)

Пункты разд.5 с методикой расчета

Отсутствие неблагоприятно ориентированных поверхностей ослабления:

I группа методов расчета

а) однородный (квазиизотропный) откос

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.2.1-5.2.4

б) слоистая толща с углом падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах5° при отсутствии слабых пластичных слоев

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.2.5

в) слоистая толща при наклонном несогласном с наклоном борта залегании слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах50°

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.2.5

Наличие естественных поверхностей ослабления, влияющих на устойчивость бортов:

1. Поверхность скольжения полностью совпадает с поверхностью ослабления массива:

II группа методов расчета

а) наклонные согласно залегающие с откосом поверхности ослабления (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах)

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.3; 5.3.4

б) мульдообразное залегание слоев, согласное с откосом

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.11

2. Поверхность скольжения частично совпадает с поверхностью ослабления:

а) уступ, заоткошенный по наслоению, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.5-5.3.7

б) наклонное и крутое согласное с откосом залегание слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.8; 5.3.9

в) тектоническое нарушение при согласном залегании с бортом

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

г) пологое залегание естественных поверхностей ослабления при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах25°, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.10

д) горизонтальный или пологозалегающий контакт (пластичный пропласток или слой) или тектоническое нарушение, залегающие в основании борта:

- подрезанные горными работами;

- расположенные ниже подошвы борта

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.3.10

Крутое и вертикальное залегание слоев:

III группа методов расчета

5.3.12; 5.3.13

а) крутое согласное с наклоном борта залегание слоев при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

б) несогласное с наклоном борта падение слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Изложенные методы расчета при своей относительной простоте обеспечивают необходимую точность и надежность результатов.

3.4. Основными показателями прочности горных пород для расчетов устойчивости откосов являются характеристики сопротивления сдвигу (срезу) - сцепление Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и угол внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Наряду с этими характеристиками, используются также характеристики сопротивления сдвигу пород по поверхностям ослабления (по контактам слоев, тектоническим нарушениям и т.п.) - сцепление Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и угол трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
В случае, если в геологических материалах прочностные характеристики представлены сопротивлением пород одноосному сжатию Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или коэффициентом крепости по М.М.Протодьяконову Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, переход к сцеплению осуществляется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - определяется по таблице (Прил.17).
Для пластичных пород в расчетах используется полный паспорт прочности, представленный графиком зависимости нормальных и касательных напряжений.

3.5. Принятые для расчетов устойчивости откосов характеристики прочности должны учитывать структурную нарушенность пород в массиве. Способы определения исходных показателей прочностных характеристик пород в трещиноватом, многослойном массиве изложены в разд.6.1 настоящих Правил.

3.6. Из физических характеристик для расчетов необходим объемный бес пород Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а для анализа данных о прочности массива - влажность пород Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Объемный вес пород в многослойном массиве при небольшой изменчивости его значений в каждом слое определяется как средневзвешенный по мощности слоев в целом для всей призмы возможного обрушения по каждому расчетному профилю. При изменчивости с глубиной объемных весов более чем на 10% средневзвешенные значения определяются отдельно для призмы упора и призмы активного давления.

3.7. Для обводненных откосов наиболее важным гидрогеологическим показателем, который необходимо учитывать в расчетах, являются напоры в пределах призмы возможного обрушения (оползания), характеризующиеся положением депрессионной или пьезометрической поверхностей в этих пределах на рассчитываемый момент времени (определенный год эксплуатации, конец отработки месторождения и т.д.).

3.8. При оценке устойчивости откосов или определении предельных параметров устойчивых откосов используют расчетные характеристики прочности пород, которые получаются путем введения (деления) в исходные характеристики прочности нормативного коэффициента запаса устойчивости; при этом расчеты выполняются на условие предельного равновесия потенциальной призмы обрушения (прибортового массива).

3.9. Расчетам должно предшествовать районирование поля разреза по условиям устойчивости бортов на основе анализа геологических и горно-технических факторов, изложенных в разд.2.
Поле разреза по указанным факторам делят на участки, каждый из которых имеет относительно выдержанное литологическое, структурно-тектоническое строение и однородные гидрогеологические условия. При районировании следует учитывать также пересеченность рельефа земной поверхности поля разреза и глубину отработки месторождения.

3.10. Особого внимания требуют участки, на которых прибортовой массив имеет наибольшую склонность к деформациям.
К таким участкам следует относить:

а. Борта, расположенные в лежачем боку месторождения. В этих условиях в бортах разреза имеются естественные поверхности ослабления (слоистость, контакты пород и т.д.), падение которых направлено в сторону выемки и которые при определенных обстоятельствах могут реализоваться в поверхности скольжения. Кроме того, естественное дренирование прибортового массива на участке с таким залеганием пород весьма затруднительно и могут сохраняться высокие напоры;

б. Борта, в пределах которых расположены ослабленные зоны или тектонические нарушения, неблагоприятно ориентированные относительно выемки;

в. Борта, в сложении которых участвуют пластичные глинистые породы, даже в том случае, если их удельный вес в общем объеме пород незначителен;

г. Борта, сложенные породами с различными фильтрационными и емкостными параметрами водоносных горизонтов и характеризующиеся особо сложными гидрогеологическими условиями (в процессе ведения горных работ осушения пород не происходит).

3.11. На участках, склонных к деформациям, необходимо закладывать маркшейдерские наблюдательные станции для систематических инструментальных наблюдений за состоянием бортов разрезов. Требования к конструкции реперов, расстоянию между ними, их расположению и методике наблюдений, зависящие от цели и необходимой точности измерений, изложены в специальной литературе [7, 8].

3.12. По результатам маркшейдерских наблюдений принимается решение о необходимости применения противооползневых мероприятий, в качестве которых в зависимости от факторов, вызывающих нарушения баланса сил, действующих в откосе, могут быть использованы: выполаживание борта, дренаж прибортового массива, изменение направления развития горных работ, искусственное укрепление откосов и другие инженерно-технические мероприятия (разд.8).
Следует иметь в виду, что при наличии в основании бортов и отвалов слабых пластичных прослойков обрушению бортов и отвалов предшествуют прогрессирующие во времени осадки верхней площадки без заметных подвижек призмы упора. В подобной ситуации необходимо остановить производство горных работ и получить заключение специализированной организации о возможности и условиях их продолжения.

3.13. Противооползневые мероприятия необходимо осуществлять на стадии установившегося равновесия сдвигающих сил и внутренних сил сопротивления сдвигу прибортового массива (равновесная стадия), которая предшествует активной стадии деформирования и характеризуется величинами допустимых деформаций.

3.14. Для предварительного прогноза развития деформаций бортов угольных разрезов в различных инженерно-геологических условиях может быть использована классификация массивов горных пород по склонности к деформациям в бортах разрезов, разработанная ВНИМИ, в основу которой заложено структурно-тектоническое строение угольных месторождений (табл.3.2). Данные таблицы позволяют дать качественную оценку склонности массивов горных пород к деформациям в бортах угольных разрезов.

Таблица 3.2


Классификация слоистых массивов горных пород по их склонности к деформациям в бортах разрезов

Условия залегания слоев

Относитель-
ная характе-
ристика допустимых деформаций (ориентиро-
вочные значения допустимых скоростей смещения, мм/сут*)

Возмож-
ная ширина зоны рас-
прос-
транения дефор-
маций поверх-
ности вблизи разреза

Условия и причины возникновения деформаций бортов и уступов

Груп-
па

Угол падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Направ-
ление падения слоев относи-
тельно борта

I

Крутое монокли-
нальное, складчатое залегание

До 1,5-2 высоты борта

1. Разгрузка тектонических напряжений

2. Консервация высоких напоров в прибортовом массиве

3. Подрезка контактов слоев в лежачем боку месторождения

60-90°

Согласное

Наибольшие (~8-10)

50-90°

Несоглас-
ное

Большие (~6-8)

II

Наклонное монокли-
нальное, мульдооб-
разное залегание

До 0,8-1,2 высоты борта

1. Консервация напоров в прибортовом массиве, чаще в лежачем боку месторождения

2. Наличие в бортах, расположенных в лежачем боку месторождения, слабых контактов

3. Подрезка поверхностей ослабления

25-60°

Согласное

Малые** (~2-4)

25-50°

Несоглас-
ное

Небольшие (~4-6)

III

Пологое, горизон-
тальное, слабо-
волнистое залегание

До 0,7-1,5 высоты борта

1. Наличие и подрезка слабых контактов слоев или слабых прослоев

2. Сохранение напоров в лежачем боку месторождения

3. Разуплотнение и набухание глинистых пород в уступах

4. Фильтрационные деформации (поверхностная эрозия, оплывание, суффозия и т.д.)

0-25°

Согласное

Небольшие** (~4-6)

Согласное

Малые*** (~2-4)

Несоглас-
ное

Небольшие (~4-6)

________________
* Значения допустимых деформаций должны определяться для конкретных горно-геологических условий.
** При неподрезанных контактах слоев.
*** При подрезанных контактах слоев.

3.15. При ведении горных работ на деформирующихся участках борта инструментальными маркшейдерскими наблюдениями устанавливается степень опасности фиксируемых деформаций путем сравнения их с прогнозируемыми предельно допустимыми деформациями для этого участка. Указанный прогноз для откосов, сложенных слабыми породами, может быть произведен по методике, изложенной в разд.7 настоящих Правил. По этой же методике может быть произведен ориентировочный прогноз деформаций откоса, сложенного трещиноватыми породами. Инструментальные маркшейдерские наблюдения, позволяющие судить о характере деформирования участка, являются обязательными.
Методика проведения маркшейдерских наблюдений регламентируется "Инструкцией по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости" [7].

3.16. Определение максимальных параметров устойчивых бортов, уступов и отвалов - задача не только экономическая, но в такой же степени экологическая, так как ее надежное решение позволяет сводить до минимума площади отчуждаемой земной поверхности под горные отводы и отвалы.
Для решения этой задачи на всех стадиях освоения месторождений должны максимально использоваться возможности внутреннего отвалообразования, а оптимальная высота яруса и угол наклона устойчивых внешних отвалов должны оцениваться путем сравнительного анализа затрат на их рекультивацию.

3.17. С целью предупреждения катастрофических деформаций на угольных разрезах, проекты разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом на всех стадиях их освоения (строительства, эксплуатации, реконструкции, консервации и погашения горных работ, ликвидации разрезов), решения по корректировке проектов и т.д., составленные проектными, производственными или другими организациями, должны в обязательном порядке проходить геомеханическую экспертизу. Заключение об обоснованности принятых параметров бортов разрезов, откосов уступов и отвалов по условиям их устойчивости может выдавать только специализированная организация, имеющая соответствующую лицензию Госгортехнадзора РФ.

3.18. При проявлении в процессе эксплуатации месторождений деформаций уступов, бортов или отвалов следует обращаться в специализированные организации для получения рекомендаций по оптимальным мероприятиям, повышающим устойчивость откосов.

3.19. Считать необходимым после подвигания фронта горных работ на разрезе на расстояние более 100 м или понижения горных работ на глубину более 50 м производить сравнение фактически наблюдаемых и представленных в проекте отработки месторождения инженерно-геологических и гидрогеологических условий прибортовых массивов.
При отклонении указанных условий от принятых в проекте следует провести анализ влияния этих изменений на устойчивость откосов и при необходимости произвести корректировку проектных решений.

3.20. Для выполнения п.3.19 геолого-маркшейдерская служба предприятия в процессе эксплуатации месторождения должна проводить систематические структурные съемки горного массива в забоях выработок, фиксировать участки выхода подземных вод в обнажениях, наблюдать за их сезонными перемещениями.

3.21. Ответственность за своевременное и качественное выполнение работ по наблюдениям за состоянием уступов, бортов, отвалов на действующем предприятии и оперативное решение по обеспечению их устойчивости возлагается на технического руководителя предприятия (главного инженера, технического директора и т.п.).

3.22. При выборе схемы вскрытия угольных пластов и направления развития горных работ должно учитываться их влияние на устойчивость бортов въездных и разрезных траншей, рабочих бортов и внутренних отвалов. Способы такого учета изложены в разд.8.

4. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ НА РАЗРЕЗАХ


Абсолютное смещение горных пород - перемещение одной части горного массива относительно другой, неподвижной его части; определяется путем инструментальных маркшейдерских измерений, упрощенных наблюдений и характеризуется вектором смещения.
Активная стадия развития деформаций откосов - период с момента появления видимых признаков разрушения массива горных пород до начала стадии затухания деформаций.
Анизотропная горная порода - горная порода, свойства которой в различных направлениях неодинаковы; ярко выраженной механической анизотропией обладают многие осадочные породы (сланцы, глины), прочность которых вкрест наслоения в несколько раз выше, чем по наслоению.
Борт разреза (карьера)* - боковая поверхность, ограничивающая разрез. Профиль б.р. в вертикальной плоскости может быть плоским, выпуклым, вогнутым и ломаным; в плане - прямолинейным и криволинейным. Различают рабочие и постоянные (нерабочие) б.р.; характеризуется борт разреза высотой и углом наклона.
________________
* В дальнейшем все, что касается угольных разрезов, относится и к карьерам.
Бровка уступа - линия пересечения поверхности откоса уступа (яруса отвала) с поверхностью верхней или нижней площадок, ограничивающих уступ по высоте, соответственно называемая верхней и нижней бровкой.
Вектор смещения - направленный отрезок, изображающий в некотором масштабе абсолютное смещение отдельной точки дневной поверхности или массива горных пород в пространстве на определенный момент времени.
Величина сдвига горных пород (угол сдвига) - отношение разности абсолютных смещений отдельных точек массива к расстоянию между ними по нормали к направлению смещения.
Величина смещения оползня (обрушения) - горизонтальное проложение пути, пройденного смещенными породами от нижней бровки откоса по направлению смещения.
Вертикальные деформации - деформации земной поверхности или массива горных пород в вертикальной плоскости.
Время стояния откоса - промежуток времени, в течение которого откос находится в нерабочем состоянии.
Высота деформированного откоса - разность между максимальной и минимальной высотными отметками откоса до нарушения его устойчивости.

Гидродинамическая сила - объемная сила, направление которой совпадает с направлением потока, а величина равна градиенту потока, умноженному на объем потока в пределах рассматриваемого массива.
Гидроотвал - намывное сооружение, сформированное в результате планомерного складирования вскрышных пород, разрабатываемых средствами гидромеханизации, в емкость, заранее подготовленную путем строительства ограждающих дамб.
Горизонтальные деформации - характеризуют изменение положения точек земной поверхности или массива горных пород в плане.
График (паспорт) прочности горной породы - график зависимости разрушающих касательных напряжений от нормальных, характеризующий сопротивление сдвигу, сцепление, угол внутреннего трения и сопротивление отрыву горной породы.
Деформация горных пород - изменение формы и объема горных пород под действием различных сил.
Динамическая нагрузка - кратковременное силовое воздействие на массив горных пород, вызванное работой горно-транспортного оборудования, сейсмическим воздействием взрывных работ или землетрясением.
Закол - визуально прослеживаемая трещина в откосе, на верхней площадке уступа или земной поверхности, образовавшаяся в результате развития деформаций откоса.
Заоткоска уступа - работы по приданию уступу угла, обеспечивающего устойчивость откоса в его предельном положении.
Изотропная горная порода - горная порода, механические свойства которой в различных направлениях одинаковы.
Интенсивность трещиноватости - величина, обратная среднему размеру (в метрах) элементарного блока породы, ограниченного смежными трещинами трех наиболее интенсивных систем.
Исходный репер - см. Репер.
Контурное взрывание - способ заряжания и взрывания зарядов в оконтуривающих шпурах (скважинах), обеспечивающий получение относительно ровной поверхности выработки с минимальными нарушениями сплошности пород за пределами ее проектного профиля.
Коэффициент запаса устойчивости - отношение суммы всех сил, удерживающих откос в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия; действие этих сил во всех инженерных методах расчета устойчивости откосов переносится на расчетную или потенциальную (наиболее напряженную) поверхность скольжения.
Коэффициент структурного ослабления - соотношение прочности горных пород в массиве и образце.
Критическая деформация бортов разрезов - величина предельного значения относительного сдвига, соответствующего разрушению породы.
Маркшейдерские наблюдения за деформациями откосов (бортов разрезов) - процесс маркшейдерских измерений, вычислений и графических работ для своевременного выявления параметров сдвижения горных пород, установления формы оползня, характера его развития во времени и пространстве.
Маркшейдерская наблюдательная станция - совокупность реперов, заложенных по определенной системе на земной поверхности, уступах борта разреза или отвала с целью изучения, посредством систематических инструментальных маркшейдерских измерений, закономерностей деформирования горных пород в откосах.
Надподошвенные оползни отвалов - смещение песчано-глинистых пород, размещаемых на устойчивом основании; поверхность скольжения полностью формируется в насыпном массиве.
Наиболее напряженная поверхность - поверхность в примыкающем к борту (откосу уступа или отвала) массиве, верхней своей частью выходящая на земную поверхность (верхнюю площадку уступа или отвала), а нижней - в подошву (нижнюю бровку) борта (откоса уступа или отвала), по которой коэффициент запаса устойчивости борта (откоса уступа или отвала) является минимальной величиной из всех вычисленных по ряду расчетных поверхностей коэффициентов запаса устойчивости.
Обрушение - отрыв и быстрое смещение вниз горных пород (блоков и пачек пород), слагающих откос, сопровождающееся дроблением смещающегося массива по поверхности, совпадающей с различного рода нарушениями сплошности массива.
Опасные деформации горных пород - деформации отвалов, уступов и бортов разрезов, а также прилегающей к разрезу территории, способные вызвать аварии горно-транспортного оборудования и угрожающие безопасности работ на разрезах.
Оплывание - процесс переноса и переотложения грунтовых частиц подземными водами, вытекающими на откос в песчаных отложениях в пределах промежутка высачивания; формируются языки оплывания в основании фильтрующих откосов.
Оползень - медленное смещение масс горных пород, слагающих откос (нередко и его основание), происходящее в виде скользящего движения между смещающимися породами и неподвижным массивом. Является наиболее крупным по размерам видом нарушения устойчивости откосов. О. связан, главным образом, с наличием в толще горных пород слабых увлажненных слоев, контактов, даек, тектонических нарушений.
Опорный репер - см. Репер.
Осыпь - накопление продуктов осыпания горных пород у основания откоса. О. характерны для всех видов горных пород и затрагивают, как правило, приповерхностную часть крутых откосов. О. способствуют выполаживанию общего угла наклона борта разреза за счет уменьшения площадок (берм) уступов.
Откос - наклонная или вертикальная поверхность открытой горной выработки или искусственной насыпи (отвала).
Поверхность скольжения - поверхность в массиве борта разреза (откоса уступа или отвала), являющаяся геометрическим местом точек максимальных относительных сдвигов горных пород и отделяющая смещающуюся часть от основной неподвижной части массива горных пород.
Погашение уступов - оформление рабочих уступов на предельном контуре.
Подошвенные (контактные) оползни - оползни отвалов, возникающие при размещении отвальных пород на горизонтальном или наклонном слоистом основании с падением слоев согласно откосу и низким сопротивлением сдвигу по контактам слоев; поверхность скольжения в призме упора проходит по ослабленному контакту.
Подподошвенные оползни отвалов - возникают при размещении отвалов на слабом основании (заболоченных участках или обводненных пластичных породах лежачего бока). Основным внешним признаком этих оползней, по которому они отличаются от надподошвенных и подошвенных оползней, является наличие вала выпирания пород оползня, возникающего перед откосом отвала.
Подтопленный откос - откос открытой горной выработки, нижняя часть которого находится в зоне затопления.
Полный вектор смещения - см. Вектор смещения.
Потенциальная (расчетная) поверхность скольжения - поверхность в массиве, примыкающем к борту разреза (откосу уступа или отвала), по которой производится оценка (прогноз) устойчивости откосов.
Предварительное щелеобразование - проходка защитной щели (экранирующей, экрано-врубовой отрезной) путем взрывания зарядов в сближенных контурных скважинах до подхода фронта рабочих уступов к предельному контуру разреза с целью снижения деформаций массива за контуром погашения.
Предельная высота вертикального откоса - максимальная высота откоса, при которой вертикальное обнажение устойчиво.
Предельная деформация борта - наибольшая величина сдвига пород, слагающих борт разреза, предшествующая активной стадии развития деформаций.
Предельная деформация сдвига - относительная деформация сдвига, установленная лабораторными испытаниями пород или натурными наблюдениями, по достижении которой наступает разрушение породы. П.д.с. может быть достигнута в течение короткого времени при большом напряжении и больших скоростях ползучести или в течение длительного времени при меньшем напряжении и меньших скоростях ползучести.
Прибортовой массив - часть массива горных пород, заключенная между бортом разреза и поверхностью, ограничивающей область возможных микроподвижек в массиве в период скрытой стадии развития оползня (обрушения). Параметры прибортового массива зависят от прочностных и структурных характеристик горного массива.
Пригрузка откоса - отсыпка упорной призмы вдоль фронта откоса с целью предотвращения его деформаций.
Призма активного давления - верхняя часть призмы возможного обрушения, оконтуренная крутым участком наиболее напряженной поверхности со значениями углов наклона, превышающими величину угла внутреннего трения массива; на этом участке внешние сдвигающие призму силы превышают внутренние силы сопротивления смещению.
Призма возможного обрушения борта разреза (откоса уступа, отвала) - часть массива горных пород (отвальных масс), заключенная между бортом разреза (откосом уступа или отвала) и наиболее напряженной поверхностью в массиве.
Призма упора - нижняя часть призмы возможного обрушения, оконтуренная пологим участком наиболее напряженной поверхности со значениями углов наклона, меньшими величины угла внутреннего трения массива; на этом участке внутренние силы сопротивления смещению призмы превышают внешние сдвигающие силы.
Противооползневые мероприятия - комплекс профилактических мер, направленных на предупреждение, локализацию и предотвращение опасных деформаций (не только оползневых) откосов отвалов, уступов и бортов разреза.
Профильная линия - часть маркшейдерской наблюдательной станции в виде прямой или ломаной линии, по которой расположены реперы для наблюдения за деформациями горных пород.
Рабочий репер - см. Репер.
Расчетные характеристики - показатели физико-механических свойств горных пород, используемые при расчете устойчивости.
Репер - закрепленная в натуре (на земной поверхности, в массиве горных пород или в горной выработке) маркшейдерская точка с известными координатами. Различают глубинные, исходные, опорные и рабочие реперы.
Сила гидростатического давления - совместное действие гидростатического взвешивания и гидродинамической силы, распределенное по вероятной поверхности скольжения и направленное по нормали к ней.
Скорость смещения точек массива - величина смещения рабочих реперов маркшейдерской наблюдательной станции за определенный промежуток времени по направлению вектора смещения.
Скрытая стадия развития оползня - период от начала развития микроподвижек в массиве до появления видимых признаков формирования оползня (появление трещин на земной поверхности, выпирание пород в основании борта разреза и т.д.). Скорость смещения точек массива к концу скрытой стадии 1-10 мм/сутки.
Стадия затухания оползня - период смещения оползневых масс с уменьшающейся скоростью до полного прекращения смещения.
Суффозия механическая - процесс механического выноса мелких частиц под влиянием гидродинамических сил при фильтрации подземных вод в массивах рыхлых песчаных пород, неоднородных по гранулометрическому составу.
Трещина отрыва - верхняя вертикальная часть поверхности скольжения.
Угол внутреннего трения горных пород - угол, тангенс которого равен коэффициенту внутреннего трения породы (угол наклона прямолинейной части графика сдвига горной породы к оси нормальных напряжений).
Угол естественного откоса - наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанной горной массы в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью; зависит от крупности и формы частиц породы, шероховатости их поверхности, а также от плотности и влажности породы.
Угол наклона борта разреза - угол в плоскости, нормальной к простиранию борта разреза, образованный горизонтом с условной поверхностью, проходящей через верхнюю и нижнюю бровки разреза.
Угол откоса уступа - угол в плоскости, нормальной к простиранию уступа, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки уступа, и ее проекцией на горизонтальную плоскость.
Угол откоса яруса отвала - угол в плоскости, нормальной к простиранию откоса отвала, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки яруса отвала, и ее проекцией на горизонтальную плоскость. В большинстве случаев это угол естественного откоса горных пород.
Фильтрационные деформации откосов - деформации, вызываемые подземными водами: оплывание, суффозия, фильтрационный вынос вдоль трещин.
Ширина зоны деформирования земной поверхности - расстояние от верхнего контура разреза до границы, за которой микродеформации не проявляются.
Ширина зоны заколов - расстояние от верхнего контура (бровки) разреза (уступа) до наиболее удаленного от него закола или трещины.
Ширина призмы возможного обрушения - участок земной поверхности или площадки уступа между бровкой и контуром потенциальной поверхности скольжения.
Эквивалентный угол наклона бортов выпуклого и вогнутого профилей - фиктивный угол наклона борта разреза плоского профиля той же высоты, при котором объем вскрыши, необходимый для его оформления, эквивалентен объемам вскрыши при оформлении бортов выпуклого и вогнутого профилей.

5. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ

5.1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ГОРНЫХ ПОРОД

5.1.1. Существующие методы расчета устойчивости откосов базируются на теории предельного равновесия "сыпучей среды", включающей также и предельное равновесие связной среды с трением, к которой относится массив горных пород [3, 10, 11, 12, 13, 14].
Основное условие предельного равновесия по любой площадке в откосах горных пород имеет вид:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.1)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - касательные и нормальные напряжения по заданной площадке.
В однородном откосе элементарные площадки скольжения возникают с глубины

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.2)


В неоднородном откосе они возникают при напряжениях

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.3)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - прочность пород на одноосное сжатие; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сцепление породы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол внутреннего трения породы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вес единицы объема горных пород (объемный вес).

5.1.2. По принципу определения параметров устойчивого откоса можно выделить [3]:

а. Методы, предусматривающие построение контура откоса, являющегося внешней границей зоны, во всех точках которой удовлетворяется условие предельного равновесия;

б. Методы, предусматривающие построение в массиве откоса поверхности скольжения, вдоль которой удовлетворяется условие предельного равновесия.
Для практического использования в расчетах устойчивости откосов применяют методы, основанные на том, что предельное напряженное состояние в откосе удовлетворяется по внутренней наиболее напряженной поверхности.

5.1.3. Прочность и условия залегания пород, ориентировка крупных естественных поверхностей ослабления в массиве горных пород относительно простирания откоса предопределяют характер деформирования бортов карьеров и, следовательно, форму потенциальной поверхности скольжения и выбор схем расчета их устойчивости.

5.1.4. Положение наиболее напряженной поверхности скольжения в откосе определяется, как правило, расчетом, основанным на сопоставлении удерживающих и сдвигающих усилий, возникающих по потенциальным поверхностям скольжения под действием сил веса вышележащих пород, сопротивления их срезу (сдвигу), сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.
Та из нескольких (не менее трех) рассматриваемых потенциальных поверхностей скольжения, по которой отношение удерживающих и сдвигающих усилий минимально, и является наиболее напряженной потенциальной поверхностью скольжения.

5.1.5. Для оценки условий равновесия массив, оконтуренный потенциальной поверхностью скольжения, разбивается на расчетные блоки, размеры которых определяются из условия, что участки поверхности скольжения их основания могут быть представлены прямолинейными отрезками.
Для каждого из выделенных блоков составляется уравнение баланса сил, принимаемых в расчет.
Методы расчетов, основанные на теории предельного равновесия, различаются в зависимости от ориентировки боковых граней расчетных блоков, принимаемых в расчет сил и способа их суммирования.

5.1.6. Метод алгебраического сложения сил основан на алгебраическом сложении удерживающих и сдвигающих сил по потенциальной поверхности скольжения (рис.5.1.1).

Рис.5.1.1. Алгебраическое сложение удерживающих и сдвигающих сил по потенциальной поверхности скольжения

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.1.1


При этом в расчет принимаются следующие силы:
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - соответственно нормальная и касательная составляющие веса расчетного блока:
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сила гидростатического давления, направленная перпендикулярно основанию расчетного блока и численно равная произведению среднего значения гидростатического давления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на протяженность обводненной части блока Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.4)

где

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; (5.5)


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - силы сопротивления срезу (сдвигу) по основанию блока:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.6)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - расчетные характеристики прочности пород.
Общее уравнение равновесия, определяющее разность удерживающих и сдвигающих сил по потенциальной поверхности скольжения, по методу алгебраического сложения сил имеет вид:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.7)


Если по наиболее напряженной поверхности разность удерживающих и сдвигающих сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах равна нулю, то массив находится в предельном состоянии.

5.1.7. Коэффициент запаса устойчивости откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по методу алгебраического сложения сил определяется для наиболее напряженной поверхности скольжения по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.8)

5.1.8. Метод алгебраического сложения сил может быть использован, если потенциальная поверхность скольжения имеет вид плавной кривой.
Этот метод не учитывает реакции между блоками и исходит из того, что призма возможного обрушения деформируется как единое целое. Это приводит к тому, что коэффициент запаса, рассчитанный методом алгебраического сложения сил, заведомо меньше фактического, а степень этого несоответствия зависит от высоты откоса, его угла и углов внутреннего трения пород и может колебаться от 3 до 20%.
При небольшой высоте откосов (до 100 м) и небольших значениях углов внутреннего трения пород (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<20°) этот метод дает достаточно надежные результаты.

5.1.9. Метод алгебраического сложения сил применяется также при оценке устойчивости откосов в слабых водонасыщенных горных породах глинистого и песчано-глинистого состава, когда в условиях всестороннего сжатия при определенных величинах напряжений прочностные характеристики данных разностей не могут быть представлены постоянными величинами Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, так как у этих пород сопротивление сдвигу перестает возрастать при росте нормальных напряжений.
Оценку устойчивости откосов по наиболее слабой поверхности в этом случае производят, пользуясь общим сопротивлением сдвигу горных пород в каждой точке наиболее напряженной поверхности скольжения без разделения на силы трения и сцепления. Общее сопротивление сдвигу определяется путем испытаний пород на срез при различных нормальных напряжениях и построения графика сопротивления сдвигу для каждого слоя породы [3, 14].
Оценка устойчивости откоса в этом случае производится сравнением эпюры предельно допустимых касательных напряжений и эпюры касательных напряжений в рассматриваемом откосе по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.9)

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сумма допустимых касательных напряжений, взятых с графиков сопротивления сдвигу при соответствующих нормальных напряжениях; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сумма сдвигающих напряжений, возникающих по наиболее слабой поверхности, являющихся касательными составляющими веса пород по этой поверхности.
Пример расчета коэффициента запаса устойчивости по изложенной схеме для конкретного откоса приведен в Прил.2.

5.1.10. Наиболее универсальным для оценки устойчивости бортов и откосов в реальных горно-геологических условиях является метод векторного сложения сил (метод многоугольника сил), учитывающий реакции между блоками, на которые по определенным признакам разбивается призма возможного обрушения [3, 14].
При расчете методом многоугольника сил точность расчета зависит от расположения границ между смежными блоками и от направления реакции между ними. Достаточная точность расчетов достигается, когда границы между блоками принимают подобно расположению второго семейства поверхностей скольжения при расчете методом предельно напряженного состояния, т.е. под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к первому семейству поверхностей скольжения (рис.5.1.2).

Рис.5.1.2. Схема многоугольника сил

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.1.2. Схема многоугольника сил:


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - силы, действующие на расчетный блок горных пород БПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - многоугольник сил


При этом в расчет принимаются следующие силы:
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вес рассматриваемого блока;
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - силы сцепления, направленные параллельно соответствующим границам блока;
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  - реакции по границам блока;
Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  - силы гидростатического давления по границам блока.
Силы гидростатического давления вычисляются по формулам (5.4), (5.5). Сложение векторов всех сил, действующих на призму возможного обрушения, разбитую на расчетные блоки, можно выполнить в аналитическом или графическом виде. Пример графического сложения векторов (построения многоугольника сил) и определения результирующей невязки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах приведен на рис.5.2.2.

5.1.11. Для откоса, находящегося в предельном устойчивом состоянии с заданным коэффициентом запаса, многоугольник сил, построенный по наиболее напряженной поверхности скольжения для всей призмы возможного обрушения, должен замыкаться. Это означает, что его устойчивость обеспечивается с коэффициентом запаса, близким к введенному в прочностные характеристики пород.
Если при расчете многоугольник сил не замыкается, т.е. существует невязка сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, то устойчивость откоса не соответствует принятому коэффициенту запаса. Для определения коэффициента запаса устойчивости откоса в этом случае необходимо повторить расчет по наиболее напряженной поверхности скольжения при других значениях коэффициентов запаса, введенных в прочностные характеристики. Это позволит построить график зависимости невязок Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от коэффициентов запаса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рис.5.1.3) и получить искомый коэффициент запаса.

Рис.5.1.3. График зависимости невязок от коэффициентов запаса

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.1.3. График зависимости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.1.12. Оценку степени устойчивости существующего однородного откоса с фактическими параметрами с удовлетворительной точностью можно произвести, используя графики зависимости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Прил.1). Для этого в характеристики прочности пород, слагающих откос, вводят необходимый коэффициент запаса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, и для полученных значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют предельный угол наклона устойчивого борта при заданной высоте.
Если полученное значение угла наклона борта существенно не отличается от фактического (до 5°), то искомый коэффициент запаса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах можно определить по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.10)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - определяемый и введенный в прочностные характеристики пород в массиве коэффициенты запаса устойчивости; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - фактический и полученный по графику углы наклона борта.

5.2. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ПРИ ОТСУТСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ

5.2.1. В однородном откосе в общем случае форму поверхности скольжения, по которой производится сравнение сдвигающих и удерживающих сил, принимают плавной криволинейной, близкой к круглоцилиндрической. Построение такой поверхности (рис.5.2.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) основано на том, что площадки скольжения возникают на глубине Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - по формуле (5.2) и наклонены при этом под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах к горизонту; на свободную поверхность откоса поверхность скольжения выходит под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах [3].

Рис.5.2.1. Построение поверхности скольжения в однородном откосе

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.2.1. Построение поверхности скольжения в однородном откосе


В породах с углом внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<13° и углом откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (откос находится в предельном равновесии) поверхность скольжения выходит в основание откоса под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на некотором расстоянии от нижней бровки откоса (см. рис.5.2.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).
Положение наиболее напряженной поверхности, по которой отношение удерживающих и сдвигающих усилий минимально, определяется расчетом, как минимум по трем поверхностям скольжения.
При построении поверхности скольжения в исходные характеристики прочности пород предварительно вводится коэффициент запаса.
Расчет устойчивости однородного откоса может быть произведен методом алгебраического сложения сил (рис.5.1.1) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<20° или методом многоугольника сил (рис.5.1.2). Пример расчета однородного обводненного откоса методом многоугольника сил приведен на рис.5.2.2.

Рис.5.2.2. Схема расчета обводненного изотропного откоса методом многоугольника сил

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.2.2. Схема расчета обводненного изотропного откоса методом многоугольника сил

5.2.2. В реальных условиях полностью осушенные откосы встречаются редко. Чаще всего они обводнены, и подземные воды могут оказывать существенное влияние на устойчивость бортов, уступов и отвалов на разрезах [3, 4, 5, 15, 16].
Степень этого влияния зависит от уровней подземных вод, которые формируются при дренирующем воздействии разреза и должны определяться в каждом конкретном случае гидрогеологическими службами разрезов или специализированными организациями [4, 5].
Если в прибортовом массиве формируется единый безнапорный водоносный горизонт, то при оценке устойчивости откосов с небольшой погрешностью плавную поверхность уровней в пределах призмы возможного обрушения можно представить на разрезе ломаной линией, состоящей из двух прямых (линия Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на рис.5.2.2).
Параметры линии Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) выбираются таким образом, чтобы значения сил гидростатического давления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, действующих на призму возможного обрушения и вычисленных по формулам (5.4), (5.5), максимально соответствовали фактическим.

5.2.3. Определение максимальной высоты вертикального откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, сложенного однородными породами, производится по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.11)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - глубина трещины отрыва, м; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - расчетная величина сцепления пород, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - объемный вес пород в массиве, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - расчетная величина угла внутреннего трения горных пород, (...°);Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - расчетная величина удельного сопротивления отрыву горных пород, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Расчетная ширина призмы обрушения вертикального откоса определяется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.12)

5.2.4. Предельные параметры устойчивых бортов разрезов и уступов можно получить, пользуясь специально рассчитанными графиками. С этой целью для условий однородного откоса методом многоугольника сил ВНИМИ построены графики зависимости между высотой плоского откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и углом его наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для различных углов внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и сцепления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах пород, по которым можно оценивать устойчивость борта с заданными параметрами или определять допустимые параметры борта при заданном коэффициенте запаса устойчивости (Прил.1).
Такие графики рассчитаны для различных условий обводнения откосов, характеризующихся коэффициентом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.13)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - условная высота промежутка высачивания (см. рис.5.2.2).

5.2.5. В многослойной толще при горизонтальном и близком к нему (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) залегании слоев наличие этих естественных поверхностей ослабления практически не влияет на форму поверхности скольжения, и ее построение производят в соответствии с п.5.2.1. Оценка устойчивости откосов в этом случае аналогична описанным в пп.5.2.2, 5.2.3 и для нее могут быть использованы графики, приведенные в Прил.1. При этом средние значения расчетных физико-механических характеристик должны быть определены с учетом удельного веса сопротивления сдвигу каждого инженерно-геологического комплекса (слоя) в общем сопротивлении сдвигу по наиболее напряженной поверхности скольжения (подраздел 6.1).
Исключение составляют случаи, когда в многослойной толще залегают слабые пластичные слои, которые независимо от условий их залегания формируют участок поверхности скольжения в этом слое. Схема расчета, которая применима для этих условий, приведена в п.5.1.6.

5.3. РАСЧЕТЫ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ В СЛОИСТОЙ ТОЛЩЕ

5.3.1. Массив горных пород, в большинстве своем, содержит природные (естественные) поверхности ослабления (контакты слоев, трещины большого протяжения, тектонические нарушения и др.), прочность вдоль которых значительно ниже, чем вкрест простирания, и которые, в определенных условиях, частично или полностью формируют поверхности скольжения.
Угол падения естественных поверхностей ослабления и ориентировка их относительно простирания борта разреза или откоса уступа определяют схему расчета устойчивости откоса.

5.3.2. Схема расчета высоты вертикального откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах при неблагоприятном залегании поверхностей ослабления (направление падения их в сторону выемки), если Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (расчет предельной высоты подрезки слоев), представлена на рис.5.3.1.

Рис.5.3.1. Схема расчета высоты вертикального откоса при наличии поверхностей ослабления

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.1. Схема расчета высоты вертикального откоса при наличии поверхностей ослабления


Высота вертикального откоса вычисляется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.14)


где

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.15)


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - глубина, при которой возникают площадки скольжения на контакте (глубина трещины отрыва), м; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сцепление пород по контактам, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол трения по контактам пород, (...°); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол падения слоев пород, (...°);Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - удельное сопротивление отрыву пород, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

     Схема применима при условии Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Примечание. Трещина отрыва не образуется, если Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по этой трещине больше сопротивления сдвигу по поверхности ослабления в пределах призмы возможного обрушения (см. рис.5.3.1).

5.3.3. Схема расчета высоты уступа или небольшого по высоте участка борта при падении поверхности ослабления согласно с откосом под углом более угла трения (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) и угле откоса уступа большем угла падения поверхности ослабления (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) представлена на рис.5.3.2.

Рис.5.3.2. Схема расчета высоты уступа или небольшого по высоте участка борта при падении поверхности ослабления

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.2


Высота откоса вычисляется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.16)

5.3.4. Для борта, расположенного в лежачем боку месторождения, когда сопротивление сдвигу по контактам пород не позволяет подрезать слои на большом протяжении борта (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), определение максимальных параметров бортов следует производить в следующем порядке:

1) рассчитывается предельная высота устойчивого плоского борта при заоткоске его по наслоению (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);

2) определяется наиболее рациональная конструкция борта для заданной глубины отработки угольных пластов, исходя из допустимой высоты откоса при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, ширины и количества необходимых транспортных берм (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);

3) производится оценка устойчивости борта принятого профиля.

5.3.5. Схема расчета предельной высоты уступа или участка борта при заоткоске его по наслоению (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), когда угол трения по наслоению Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
При заоткоске уступов по наслоению их устойчивость определяется не только углом падения слоев и сопротивлением сдвигу по слабым прослойкам, но и сопротивлением срезу пород в нижней части уступа. Верхняя часть поверхности скольжения формируется вдоль слоистости или контактов пород, форма нижней части поверхности скольжения на участке среза пород близка к круглоцилиндрической, а ориентировка в пространстве определяется углами Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Значения этих углов в соответствии с теорией предельного равновесия в сыпучей среде вычисляются следующим образом:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.17)


Деформирование уступов в рассматриваемых условиях сопровождается образованием поверхности скольжения второго семейства под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к основной. Схематическое изображение потенциальной поверхности скольжения, возникающей в рассматриваемых условиях, обозначения и направление действия сил приведены на рис.5.3.3, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Рис.5.3.3. Схемы к расчету предельной высоты уступа (борта), заоткошенного по наслоению

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Рис.5.3.3. Схемы к расчету предельной высоты уступа (борта), заоткошенного по наслоению


Для схематизированных инженерно-геологических условий в Прил.3 приведены графики зависимости предельной высоты уступа, заоткошенного по наслоению, при различных значениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и условиях обводнения прибортового массива Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, рассчитанные по приведенной схеме.

5.3.6. Представленные в Прил.3 графики применимы при условиях:

1) если поверхности ослабления (контакты пород, слоистость и т.д.) могут быть представлены в виде плоскости;

2) простирание поверхностей ослабления отличается от простирания поверхности откоса не более чем на 20°;

3) сопротивления срезу (сдвигу) вмещающих пород в прибортовом массиве могут быть представлены параметрами Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, при этом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах= 10;

4) гидрогеологическая обстановка в прибортовом массиве приближенно представлена в виде единого водоносного горизонта, обводнение массива характеризуется коэффициентом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
В связи с тем, что при расчете графиков, приведенных в Приложениях 3-5, сделаны определенные допущения (плоский профиль борта, упрощенные гидрогеологические условия и др.), для окончательной оценки устойчивости рассматриваемого борта необходимо выполнить контрольный расчет по соответствующей схеме.

5.3.7. В тех случаях, когда инженерно-геологические и гидрогеологические условия рассматриваемого прибортового массива не соответствуют п.5.3.6, необходимо рассчитывать допустимую высоту откоса при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах методом многоугольника сил (п.5.1.10). Положение наиболее напряженной поверхности скольжения, как правило, совпадает с контактом слоев в почве относительного водоупора (рис.5.3.3, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).
Существенное значение приобретают силы гидростатического давления. Это объясняется тем, что в процессе ведения горных работ водоносные горизонты не вскрываются и в прибортовом массиве сохраняются значительные остаточные напоры. В условиях, приведенных на рис.5.3.3, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, силы гидростатического давления вычисляются по формулам:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; (5.18)


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Если принятая для расчета устойчивости высота борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах не соответствует необходимому коэффициенту запаса (есть невязка в многоугольнике Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), то следует сделать еще аналогичный расчет при другой высоте откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, и при наличии невязок Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах допустимую предельную высоту откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах при принятом коэффициенте запаса определяют из уравнения:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.19)

5.3.8. Схема расчета максимальных параметров устойчивых откосов при наклонном и крутом залегании слоев с падением в сторону выработанного пространства при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
В этих условиях в предельном состоянии в массиве формируется поверхность скольжения, которая в верхней части совпадает с естественной поверхностью ослабления, а в нижней части имеет форму монотонной криволинейной поверхности (рис.5.3.4). В точке излома поверхности скольжения (точка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), где выполняется условие специального предельного равновесия, эти участки поверхности скольжения образуют угол Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (см. формулу 5.17), а под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к ней формируются поверхности скольжения второго семейства (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).

Рис.5.3.4. Схема расчета устойчивости борта при согласном наклонном и крутом залегании слоев

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.4. Схема расчета устойчивости борта при согласном наклонном и крутом залегании слоев (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах)


Расчет устойчивости борта по построенной таким образом поверхности скольжения производят методом векторного сложения сил (многоугольника сил). При этом оценку устойчивости производят по нескольким (не менее трех) поверхностям ослабления, из которых определяется минимальное значение разности сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Определение коэффициента запаса по наиболее напряженной поверхности производят так, как описано в п.5.1.12.

5.3.9. По результатам расчетов устойчивости откосов методом многоугольника сил (векторного сложения), произведенных для наиболее распространенных значений физико-механических характеристик углевмещающих пород, построены графики зависимости высоты откоса, определяемой через безразмерный показатель Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, от разности угла падения слоев и угла его откоса при разных условиях обводнения, приведенные в Прил.4 (требования п.5.3.6 сохраняются).
Графики предназначены для определения предельных параметров устойчивых бортов (откосов) плоского профиля при углах наклона борта меньше, чем угол падения слоев в сторону выработанного пространства (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), при угле трения по поверхности ослабления (контактам слоев, тектоническим нарушениям, слоистости), меньшем угла их падения (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), и величине напоров подземных вод, не превышающих отметки поверхности откосов (соблюдаются условия п.5.3.6).
Определение допустимых параметров устойчивых бортов (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) для конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условий прибортового массива, не указанных в графиках, осуществляется линейной интерполяцией (или экстраполяцией) численных значений безразмерного показателя Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

5.3.10. Схема расчета предельных параметров устойчивого откоса при пологом залегании естественных поверхностей ослабления (слоистости, контактов пород, тектонических нарушений и т.д.) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<25°.
В этих условиях в предельном состоянии формируется поверхность скольжения, которая в нижней части массива совпадает с наиболее слабым контактом слоев, в верхней части - имеет форму монотонной криволинейной поверхности, близкой к круглоцилиндрической (рис.5.3.5).

Рис.5.3.5. Схема расчета устойчивости откоса при пологом залегании слоев

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.5. Схема расчета устойчивости откоса при пологом залегании слоев (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах)

В точке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, где выполняется условие специального предельного равновесия, основная поверхность скольжения претерпевает излом под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.20)


а под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к ней формируется поверхность скольжения второго семейства.
В верхней части откоса, в месте выхода поверхности скольжения на земную поверхность образуется вертикальная площадка отрыва высотой Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, см. формулу (5.2).
В месте выхода поверхности скольжения второго семейства на поверхность откоса также образуется вертикальная площадка отрыва Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, близкая по величине к Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Порядок построения расчетной поверхности скольжения с учетом указанных закономерностей следующий.
Из произвольной точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на земной поверхности, расположенной на расстоянии (0,2-0,3)Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от верхней бровки откоса, в масштабе разреза откладывают отрезок Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующий вертикальной площадке отрыва. Из точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  к горизонту проводят линию Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Из нижней бровки откоса (точка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) проводят линию Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, параллельную слоистости. Точка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, являющаяся линией пересечения этих прямых, и точка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах соединяются плавной линией, по форме близкой к окружности и образующей углы, равные (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), с вертикальной площадкой отрыва в точке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - с наслоением в точке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Из точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, равным Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, к горизонту проводят линию скольжения второго семейства Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, имеющую в месте выхода на поверхность откоса вертикальную площадку Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Расчет устойчивости по поверхности скольжения, построенной таким образом, выполняют методом векторного сложения сил (многоугольника сил, см. рис.5.1.2).
Определенное в результате расчета значение разности (невязки) сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах характеризует устойчивость массива горных пород по этой поверхности скольжения.
В дальнейшем расчет выполняют в порядке, аналогичном изложенному в п.5.1.11.
По результатам расчетов устойчивости откосов в рассматриваемых условиях построены графики, предназначенные для определения максимально допустимых параметров и приведенные в Прил.5 (требования п.5.3.6 сохраняются).
Если инженерно-геологические, гидрогеологические и горно-технические условия конкретного откоса заметно отличаются от аналогичных условий, для которых эти графики рассчитаны, то предельные параметры откоса должны определяться расчетом. Представленные графики в этом случае могут быть использованы для выбора исходных значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

5.3.11. Схема расчета устойчивости откосов при мульдообразном залегании пород, когда поверхность скольжения на всем своем протяжении формируется по естественной поверхности ослабления (контактам пород, слоев), имеющей значительную кривизну.
Расчет выполняется методом геометрического сложения действующих по поверхности ослабления сил, условие предельного равновесия при котором имеет вид [17]:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.21)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - касательная составляющая веса пород в блоке, направленная в противоположную смещению сторону; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - переходные коэффициенты.
Расчеты устойчивости проводятся аналогично методу алгебраического сложения сил, дополнительно лишь требуется определение переходных коэффициентов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, которые находятся графическим способом следующим образом.
Из произвольно выбранной точки полюса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рис.5.3.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) проводятся лучи Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и т.д., параллельные отрезкам поверхности скольжения в каждом блоке. Из произвольной точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на луче Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к лучу Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах проводится до пересечения с ним прямая Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Аналогичным построением находятся точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, ... , Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на остальных лучах, выходящих из точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Переходные коэффициенты Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяются отношениями Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, ..., Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
В расчетах устойчивости откосов по фиксированной поверхности скольжения могут встретиться случаи, когда часть поверхности имеет выпуклую со стороны призмы обрушения форму. В этих условиях при переходе силы с одного участка на другой возникает нормальная составляющая, уменьшающая нормальные силы от веса следующего блока. Тогда при определении переходного коэффициента графическим способом вместо угла (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) берется угол (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).
Для круглоцилиндрической и близкой к ней по форме поверхности скольжения кривая Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рис.5.3.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) представляет собой логарифмическую спираль и коэффициенты Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в связи с этим вычисляются по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (5.22)

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - разность углов наклона оснований рассматриваемого и конечного блоков (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).

Рис.5.3.6. Определение переходных коэффициентов для поверхностей ослабления произвольной и круглоцилиндрической форм

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.6. Определение переходных коэффициентов для поверхностей ослабления произвольной (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) и круглоцилиндрической (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) форм


Определение коэффициентов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для данных условий можно проводить с целью упрощения расчетов по графику (рис.5.3.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).

5.3.12. Схема расчета устойчивости и определения допустимых параметров борта (участка борта) при крутом согласном (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) и несогласном (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) падении слоев [18, 19, 20].
В предельном состоянии слоев в массиве формируется плавная поверхность обрушения, состоящая из двух участков. При падении слоев в сторону массива в его нижней части формируется сплошная поверхность скольжения, пересекающая слои горных пород, по форме близкая к круглоцилиндрической. Она выходит в нижнюю бровку под углом (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) к поверхности откоса. В верхней части откоса происходит разрушение каждого отдельного слоя по площадкам, ориентировка которых определяется условием специального предельного равновесия (см. п.5.3.5).
Угол наклона отдельных площадок Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на контакте слоев определяется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (5.23)


Формирующаяся в верхней части откоса общая поверхность разрушения не совпадает с направлением площадок в каждом слое и имеет форму плавной, близкой к плоской, поверхности. Результирующий угол наклона этого участка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяется из условия равновесия при проскальзывании по контактам слоев и монотонно изменяется от значений, равных углу трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах при вертикальном залегании слоев, до значений, соответствующих углу наклона нормали к слоям при углах их падения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, равных 45-50°.

5.3.13. При прогнозировании развития деформаций откосов в массиве с крутопадающей слоистостью можно пользоваться полученными при моделировании [20] графиками поправок к углам наклона изотропных откосов (рис.5.3.7). Разные стадии проявления деформаций откосов здесь соответствуют полному опрокидыванию слоев, скачку деформаций (смещения 0,5-2 м и ширина заколов 0,3-0,6 м при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=100 м; смещения 1,0-4,0 м и ширина заколов 0,5-1,0 м при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=200 м; относительные деформации за призмой обрушения (5-10)·10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) и появлению в пределах призмы обрушения видимых трещин (смещения 0,1-0,2 м при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=100 м; смещения 0,2-0,4 м при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=200 м; относительные деформации в призме обрушения (2-6)·10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).

Рис.5.3.7. Графики поправок к углам наклона откосов при полном опрокидывании слоев , на момент скачка деформации и при появлении видимых трещин

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.3.7. Графики поправок к углам наклона откосов при полном опрокидывании слоев (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), на момент скачка деформации (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) и при появлении видимых трещин (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах):

1 - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=57°, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=17°; 2 - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=52, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=17°; 3 - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=52°, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=24°; 4 - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=52°, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=30°


Порядок пользования графиками простой: для заданных значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Прил.1) определяют угол наклона изотропного откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. На соответствующем графике по известным величинам Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют поправку Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах за слоистость и по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


находят искомый угол наклона рассчитываемого откоса. Слабое влияние углов наклона откосов на величину поправки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах позволяет без существенной погрешности пользоваться графиками в диапазоне углов ±10°. При углах наклона откосов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<42° определение поправки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по графикам (см. рис.5.3.7) приводит к некоторому увеличению запаса устойчивости.

5.4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ БОРТОВ С УЧЕТОМ ИХ КРИВОЛИНЕЙНОСТИ В ПЛАНЕ

5.4.1. Устойчивость вогнутых в плане бортов разрезов выше устойчивости прямолинейных в плане бортов за счет дополнительного сопротивления смещению призмы обрушения, создаваемого силами бокового распора.
Степень влияния сил бокового распора зависит от конфигурации борта в плане, геологического строения прибортового массива, соотношения протяженности борта и его высоты [21, 22, 23].

5.4.2. Расчет параметров плоских откосов при их круглой (близкой к окружности) конфигурации в плане (при условии, что отклонения радиусов кривизны контуров разреза понизу и поверху не должны превышать 15% от среднего значения радиуса) производят в такой последовательности.
По одной из разработанных расчетных схем для прямолинейного в плане откоса плоского профиля (см. п.5.1.6-5.1.13), соответствующей инженерно-геологическим условиям рассчитываемого борта, определяют угол его наклона - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Затем по графику зависимости поправки к углу наклона откоса от радиуса кривизны нижней бровки выемки (рис.5.4.1) определяют поправку к углу Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах за кривизну борта в плане - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Порядок вычисления поправки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах следующий:

1. По расчетным характеристикам Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах вычисляют величину Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а на плане горных работ определяют средний радиус кривизны нижней бровки борта по дну разреза Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и рассчитывают условную величину Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. По графику поправок (см. рис.5.4.1) для значения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют поправку Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; искомый угол наклона борта определяют путем прибавления поправки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах к рассчитанному Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Рис.5.4.1. График зависимости поправки к углу наклона откоса от радиуса кривизны нижней бровки выемки

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.1. График зависимости поправки к углу наклона откоса от радиуса кривизны нижней бровки выемки

5.4.3. Схема расчета параметров прямолинейных участков бортов, примыкающих к закруглениям.
Расчет по данной схеме выполняется в такой последовательности:

а) определяют условную длину Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах зажатого участка, эквивалентного закруглению:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - условный радиус закругления по нижней бровке борта; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - радиус закругления по нижней бровке (по дну) борта;

б) вычисляют общую длину зажатого участка:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - условная длина прямолинейного участка; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - длина прямолинейного участка;

в) по графику поправок (рис.5.4.2) определяют поправку Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах к углу наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующую Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - углу внутреннего трения массива пород;

г) вычисляют угол наклона зажатого закруглением прямолинейного участка:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол наклона прямолинейного участка, определенный по графику плоского откоса (Прил.1).

Рис.5.4.2. График поправок к углу наклона прямолинейного в плане откоса в зависимости от длины зажатого участка

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.2. График поправок к углу наклона прямолинейного в плане откоса в зависимости от длины зажатого участка

5.4.4. Схема расчета параметров выпуклых в плане бортов.
Поправка Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах за кривизну (выпуклость) борта в плане при определении параметров бортов по этой схеме определяется по графикам зависимости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от условного радиуса кривизны верхней бровки борта (рис.5.4.3). Угол наклона выпуклого в плане борта плоского профиля принятой высоты Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах вычисляют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол наклона прямолинейного в плане борта плоского профиля той же высоты, установленный по графику плоского откоса (Прил.1).

Рис.5.4.3. График поправок к углу наклона выпуклого в плане откоса в зависимости от кривизны верхней бровки

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.3. График поправок к углу наклона выпуклого в плане откоса в зависимости от кривизны верхней бровки

5.4.5. Схема расчета параметров бортов разрезов эллипсоидальной формы.
Схема применима также для разрезов с криволинейными вогнутыми в плане бортами, у которых для отдельных участков можно подобрать свои радиусы закругления поверху и понизу.
Порядок определения параметров бортов разрезов эллипсоидальной формы следующий:

а) для всех участков криволинейного в плане борта определяют центры радиусов закруглений (для разреза эллипсоидальной формы, в частности, выделяется четыре участка, причем для двух симметрично расположенных участков радиусы закругления одинаковы, рис.5.4.4);

б) по характеристикам Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют величину Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и условный радиус закругления по подошве разреза Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для каждого вычисленного участка;

в) по графику зависимости между высотой откоса плоского профиля и его углом (Прил.1) определяют угол наклона борта плоского профиля - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

г) по графику зависимости поправки к углу наклона прямолинейного в плане борта от радиуса кривизны нижней бровки выемки (см. рис.5.4.1) определяют поправку за кривизну борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для всех участков по известным значениям Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

д) угол наклона криволинейных участков бортов разрезов определяют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

е) верхняя бровка криволинейного участка борта проводится радиусом:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

ж) контур разреза плавно сглаживается путем постепенного увеличения угла наклона борта, начиная от величины его на участке с большим радиусом кривизны до величины угла наклона борта на участке с меньшим радиусом закругления, как показано на рис.5.4.4.

Рис.5.4.4. Схема разреза эллипсоидальной формы

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.4. Схема разреза эллипсоидальной формы

5.4.6. Схема расчета параметров бортов разрезов на сопряжении закруглением двух прямолинейных участков.
Определение параметров бортов по данной схеме выполняется в такой последовательности (рис.5.4.5):

1) по графику поправок (см. рис.5.4.1) по относительному радиусу кривизны Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют поправку Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

2) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>10° угол наклона в среднем сечении закругления (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на рис.5.4.5) определяют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол между направлениями простирания сопряженных прямолинейных бортов; на остальных сечениях закругления угол наклона принимается переменным - от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на границе с прямолинейным участком борта до Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах на среднем сечении закругления;

3) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<10° для средней части закругления на участке от сечения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах до сечения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, расположенных к крайним сечениям прямолинейных участков Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах под углом 45° (рис.5.4.5), угол наклона борта принимается равным Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; между сечениями Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол наклона плавно уменьшается от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах до Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Рис.5.4.5. Сопряжение двух прямолинейных участков борта закруглением

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.5. Сопряжение двух прямолинейных участков борта закруглением

5.4.7. В слоистом массиве, где сцепление по контактам слоев, как правило, значительно меньше сцепления в массиве, степень влияния боковых сил, возникающих за счет криволинейности контура разреза в плане, при одинаковом радиусе его кривизны зависит от углов наклона слоев и ориентировки их относительно контура выемки. По величине угла наклона слоев месторождения делятся на три группы по залеганию пород для учета степени влияния боковых сил:

1) горизонтальное и пологое - угол падения слоев 0-20°;

2) наклонное и крутое - угол падения слоев 20-80°;

3) весьма крутое и вертикальное - угол падения слоев 80-90°.
Методика учета сил бокового распора при оценке устойчивости откосов в слоистом массиве для каждой из выделенных групп на различных участках борта приведена в Прил.6.

5.4.8. Наиболее выгодным с экономической точки зрения в большинстве случаев является выпуклый профиль борта. При этом целесообразность откосов выпуклого профиля с увеличением глубины возрастает. Кроме экономической выгоды, оформление выпуклого профиля борта при подходе его к проектному контуру технически проще, чем плоского, так как верхняя часть пологая и по наклону чаще всего близка к наклону рабочего борта.
Условия применения выпуклого борта практически неограничены. Исключение составляют случаи, когда в нижней части борта залегают породы менее прочные, что бывает не часто. Чаще же в верхней части борта породы более выветрелые, а следовательно, более слабые, поэтому выпуклый борт более рационален, так как в этом случае в более слабых породах участок борта пологий, а в нижней части, где влияние процесса выветривания значительно меньше, более крутой.
Порядок определения параметров выпуклого борта следующий:

а) для принятых средневзвешенных физико-механических характеристик массива горных пород, в которые введен необходимый коэффициент запаса (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), по формуле (5.2) определяется Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

б) для нескольких значений условных высот Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и значения угла внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяется соответствующее заложение выпуклого профиля откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по графику, приведенному на рис.5.4.6;

в) производится перерасчет условных значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в действительные

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

г) построенный таким образом выпуклый профиль борта в нижней части выполаживается до максимального технически возможного угла.

Рис.5.4.6. График предельных очертаний откосов выпуклого профиля

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.6. График предельных очертаний откосов выпуклого профиля


Для уточнения коэффициента запаса устойчивости построенного борта производят поверочные расчеты методом многоугольника сил. На рис.5.4.7 приведены примеры схем поверочных расчетов при различных условиях залегания пород в прибортовом массиве.

Рис.5.4.7.Примеры схем поверочных расчетов при различных условиях залегания пород в прибортовом массиве

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.5.4.7

6. ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

6.1. ИСХОДНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРОД

6.1.1. Прочностные свойства трещиноватого массива значительно отличаются от прочности монолитного образца, в первую очередь, это относится к сцеплению пород. Угол внутреннего трения, полученный по испытаниям образцов, с достаточной степенью достоверности может быть перенесен на трещиноватый массив.
Переход от сцепления пород в образце Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах к сцеплению в массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах может быть осуществлен с помощью коэффициента структурного ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (6.1)


Величина коэффициента структурного ослабления массива зависит от целого ряда факторов, связанных с характером структурного строения массива, его однородностью и прочностью пород [3, 24]. Значения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по данным ВНИМИ для наиболее распространенных углевмещающих породных массивов приведены в Прил.17.
Величина сцепления пород в массиве приближенно может быть определена по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (6.2)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сцепление по контактам между блоками пород, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - высота борта, м; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - средний размер блоков, м; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - коэффициент, зависящий от прочности пород в монолитном образце и характера их трещиноватости (табл.6.1).

Таблица 6.1


Значения коэффициента Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для различных пород

Породы и характер трещиноватости

Сцепление в монолите, кг/смПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Слабоуплотненные и слаботрещиноватые песчано-глинистые отложения; сильновыветрелые, полностью каолинизированные изверженные породы

4-9

0,5

Уплотненные песчано-глинистые породы, в основном нормальносекущей трещиноватости

10-20

2

Сильно каолинизированные изверженные породы

30-80

2

Уплотненные песчано-глинистые породы с развитой кососекущей трещиноватостью, каолинизированные изверженные породы

30-80

3

Средней прочности слоистые породы, преимущественно нормальносекущей трещиноватости

100-150

3

150-170

4

170-200

5

Прочные породы, преимущественно нормальносекущей трещиноватости

200-300

6

>300

7

Прочные изверженные породы с развитой кососекущей трещиноватостью

>200

10


В дальнейшем по мере накопления сведений о неоднородности массива, как по прочности, так и по характеру трещиноватости, коэффициент структурного ослабления должен быть уточнен и сцепление в массиве должно быть определено с большей достоверностью.

6.1.2. Наиболее надежным способом определения сопротивления сдвигу пород в массиве является способ обратных расчетов по съемке участков искусственных или естественных обрушений. Этот метод основан на том, что до момента обрушения равновесие пород в откосе описывается соотношением:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (6.3)


После обрушения массива, когда силы сцепления по поверхности скольжения перестают действовать, равновесие обрушившихся масс наступает тогда, когда сдвигающие силы уравновешиваются только силами трения, т.е.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (6.4)


Таким образом, решаются два уравнения с двумя неизвестными.
Метод обратных расчетов применим при условии, что длина оползневого участка не менее чем в 2-3 раза превышает его высоту. При этом в расчетах можно не принимать во внимание сопротивление отрыву, так как характеристика эта в трещиноватом массиве достаточно мала, учет же гидростатического давления для обводненного откоса обязателен.
Значения физико-механических характеристик наиболее распространенных углевмещающих трещиноватых пород приведены в Прил.17. Каталог составлен на основании анализа исследований прочностных свойств пород, проведенных ВНИМИ на подавляющем числе действующих угольных разрезов России и стран СНГ.

6.1.3. Сопротивление сдвигу по поверхностям ослабления зависит от характеристики контактирующих поверхностей (характер контакта, степень шероховатости и морфология контактирующих поверхностей, наличие заполняющего материала и т.д.). Величина сцепления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, как показывают полевые определения, колеблется от 0 до 20 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Угол трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в зависимости от перечисленных выше условий изменяется от 7 до 36°.
Обобщенные данные значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для контактов пород и поверхностей ослабления угленосных отложений представлены в таблицах 3, 4 Прил.17.

6.1.4. Оценка исходных физико-механических характеристик пород, входящих в уравнения равновесия, зависит от степени их однородности и условий залегания в прибортовом массиве.
Для однородного массива исходными характеристиками являются средние арифметические значения показателей сопротивления сдвигу

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (6.5)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - средние значения соответственно сопротивления сдвигу, сцепления и угла внутреннего трения; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - частные значения этих же показателей; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - количество частных значений.
При этом резко отклоняющиеся значения, искажающие статистические характеристики, должны быть исключены.

6.1.5. В реальных условиях прибортовой массив представляет собой многослойную толщу с различными прочностными характеристиками слоев. Учитывая, что раздельный учет всех слоев пород затрудняет расчеты устойчивости, не повышая их точности, породы объединяют в отдельные инженерно-геологические комплексы, характеризующиеся сходством условий их образования, залегания и физико-механических свойств.
Объединение производится на основании сравнения паспортов прочности пород Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для смежных слоев по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (6.6)

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - разность между ординатой графика сопротивления сдвигу слоя и ординатой кривой общего графика сопротивления сдвигу при данной нормальной нагрузке; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - число ступеней нагрузки; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах- ордината средней кривой в точке, соответствующей среднему значению нормальных нагрузок, при которых производились испытания.
При расхождении между графиками сопротивления сдвигу Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах не более 5% слои можно объединять в общий график, характеризующий единый инженерно-геологический комплекс.
Таким же образом  Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  определяется, если прочность пород представлена двумя показателями Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (6.7)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сцепление одного слоя; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах- усредненное сцепление, характеризующее инженерно-геологический комплекс пород; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах   - количество объединяемых слоев.

6.1.6. Для определения средних значений показателей прочности по всей наиболее напряженной поверхности скольжения (в частности, при использовании предложенных графиков зависимости параметров откосов), после того как определены Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для всех комплексов пород, составляющих призму возможного обрушения, используют формулы:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; (6.8)


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах ,                             (6.9)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, …, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - длина отрезков вероятной поверхности скольжения, пересекающей выделенный комплекс пород; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - общая длина поверхности скольжения; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, …, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - средние величины нормальных напряжений по соответствующим отрезкам поверхности скольжения.
Следует обратить внимание, что взвешивание усредненной характеристики прочности пород производится по длине отрезков поверхности скольжения, так как удельный вес сопротивления сдвигу слоя пород зависит не только от его мощности, но и от положения его в откосе.

6.2. ВЫБОР КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА

6.2.1. Коэффициент запаса устойчивости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах представляет собой отношение суммы всех удерживающих откос сил к сумме всех сдвигающих сил:


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,                                                (6.10)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сумма сил трения и сцепления, удерживающих откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - другие силы, удерживающие откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах- сумма касательных сил, сдвигающих откос; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - другие силы, сдвигающие откос.

6.2.2. При расчетах устойчивости бортов разрезов коэффициент запаса вводится в средневзвешенные характеристики сопротивления сдвигу толщи слоев, пересекаемых потенциальной поверхностью скольжения, т.е. устойчивое равновесие по поверхности скольжения с коэффициентом запаса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах рассматривается как предельное равновесие с новыми характеристиками прочности пород, уменьшенными в Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах раз:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (6.11)


которые и являются расчетными.

6.2.3. В общем случае коэффициент запаса устойчивости бортов является функцией от частных коэффициентов и при их независимости друг от друга может быть представлен в виде произведения:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (6.12)

При этом частные коэффициенты характеризуют невозможность учета на данном этапе каких-либо факторов, влияющих на устойчивость бортов, или учет некоторых из них с неизбежной погрешностью.
Величину коэффициента запаса устойчивости откосов определяет ряд факторов, среди которых основными являются:
- надежность определения механических характеристик пород (угла внутреннего трения и сцепления, а также угла трения и сцепления по естественным поверхностям ослабления);
- погрешности определения положения наиболее напряженной поверхности скольжения;
- способ учета гидрогеологических факторов;
- точность способа расчета устойчивости откосов.
Кроме того, немаловажную роль при выборе коэффициента запаса играет наличие на земной поверхности в пределах призмы возможного обрушения охраняемых зданий и сооружений.
Таким образом, при возможности оценки перечисленных выше частных коэффициентов и в зависимости от категории охраняемого сооружения необходимый коэффициент запаса определяется в каждом конкретном случае.

6.2.4. Проведенная для различных условий оценка необходимого коэффициента запаса устойчивости бортов показала, что в зависимости от надежности исходных данных и категории охраняемых сооружений он изменяется, как правило, в пределах 1,1-1,5.
Величины коэффициента запаса в зависимости от стадии освоения месторождения и способа получения исходных характеристик, входящих в расчеты, могут быть приняты соответствующими приведенным в табл.6.2.

Таблица 6.2


Рекомендуемые величины коэффициента запаса устойчивости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в зависимости от надежности исходных геологических данных

Стадия освоения месторождения (степень надежности исходных данных)

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Примечание

Нерабочий борт (срок стояния >10 лет)

Рабочий борт

Проектирование (по данным бурения скважин и методом аналогий)

1,5

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,4

При трещиноватых, тектонически нарушенных вмещающих породах

1,3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,2

При слабых песчано-глинистых разностях

Эксплуатация (по данным изучения массива пород в обнажениях и анализу деформаций)

1,3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,2

-

Ликвидация (постановка борта в предельное положение по данным длительных инструментальных наблюдений за состоянием откосов)

1,2

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,1

-


Если слагающие откос породы представлены глинистыми разностями и за исходные характеристики прочности в расчеты принимается предел ползучести этих пород, то коэффициент запаса может быть принят равным единице (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=1).
Обеспечение устойчивости бортов с различными коэффициентами запаса полностью не исключает деформирование прибортового массива, так как перераспределение напряжений при проведении выработок вызывает определенные деформации пород, но при этом они не достигают критических величин. Это необходимо учитывать в тех случаях, когда в непосредственной близости от борта находятся охраняемые объекты высокой категории. Ориентировочные величины ожидаемых деформаций при различных коэффициентах запаса устойчивости приведены в табл.6.3.

Таблица 6.3


Прогнозируемые деформации прибортового массива

Коэффициент запаса устойчивости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Состояние земной поверхности в пределах призмы возможного обрушения

Примечание

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,3

Прибортовой массив испытывает преимущественно упругие деформации, относительные горизонтальные деформации не превышают 1·10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Величина деформаций находится в пределах точности маркшейдерских измерений

<1,3-1,2

Появляются трещины, общие смещения поверхности прибортовых массивов при высоте борта более 100 м достигают 200-300 мм. Относительные горизонтальные деформации могут достигать (2-5) ·10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

Смещения, затухающие во времени

<1,2-1,1

Появляются заколы, горизонтальные деформации могут достигать 30·10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а общие величины смещений - 1,5-2 м

Деформации преимущественно затухают во времени


Примечание. При крутом залегании горных пород (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>50°) в слоистом массиве значительные деформации поверхности в пределах призмы возможного обрушения неизбежны и при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,3, хотя общая устойчивость обеспечивается, смещения прибортового массива, предшествующие обрушению бортов глубоких разрезов, могут достигнуть весьма значительных величин порядка 5-10 м.

6.2.5. Для определения предельных параметров уступов величина коэффициента запаса устойчивости должна составлять не менее 1,5, так как в этом случае наиболее напряженная поверхность скольжения практически полностью располагается в зоне влияния процессов выветривания, разуплотнения и буровзрывных работ, проводимых в разрезе.

7. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ ПО ИХ ДЕФОРМАЦИЯМ

7.1. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ ПО НАБЛЮДАЕМЫМ ДЕФОРМАЦИЯМ

7.1.1. Оценка устойчивости бортов разрезов по наблюдаемым деформациям в условиях, когда отсутствуют поверхности ослабления, формирующие поверхности скольжения, осуществляется в такой последовательности [8, 28]:

1. Предварительно определяют прочностные (сцепление и угол внутреннего трения) и деформационные характеристики горных пород - функциональную зависимость между напряжениями и деформациями:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - деформация сдвига (равно может быть деформация растяжения или сжатия); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - частное значение сдвигающего напряжения (при испытании пород в срезных приборах); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - предельное напряжение сопротивления сдвигу породы.

2. Строят паспорт прочности и паспорт деформации породы, определяющие соответственно функциональные зависимости: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Для слоистых откосов строят паспорта прочности и деформации пород характерных слоев и, кроме того, обобщенный паспорт деформации слоистого массива - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, позволяющий определять предельную деформацию, по достижении которой общая сопротивляемость сдвигу слоистого массива начинает уменьшаться и массив разрушается [28].
Значение Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах вычисляют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (7.1)

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - средневзвешенное значение относительного сопротивления сдвигу слоистого массива для определенной деформации сдвига; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - относительное сопротивление сдвигу породы при той же деформации; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - предельное сопротивление сдвигу породы слоя, снятое с паспорта прочности для среднего значения нормальных напряжений на поверхности скольжения в пределах слоя, т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - интервал поверхности скольжения в пределах слоя пород, м.
Паспорт деформации горной породы представлен на рис.7.1, а на рис.7.2 - паспорта деформаций трех различных типов пород и обобщенный график зависимости между относительным сопротивлением сдвигу трехслойного массива и его деформациями.

Рис.7.1. Паспорт деформации горной породы

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.7.1. Паспорт деформации горной породы

Рис.7.2. Паспорта деформаций различных пород и обобщенный график зависимости между относительным сопротивлением сдвигу слоистого (трехслойного) массива и его деформациями

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.7.2. Паспорта деформаций различных пород (I, II, III) и обобщенный график зависимости между относительным сопротивлением сдвигу слоистого (трехслойного) массива и его деформациями (IV)

3. По смещениям реперов профильной линии на поверхности прибортового массива, устанавливаемым маркшейдерскими наблюдениями, вычисляют величину деформаций, например, сдвига прибортовой зоны массива горных пород. Сдвиг на интервале между соседними реперами наблюдательной профильной линии, заложенной нормально простиранию борта, вычисляют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (7.2)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - полные смещения предыдущего и последующего (расположенного ближе к верхней бровке борта) реперов; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - углы наклона к горизонту векторов смещений тех же реперов; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - горизонтальное расстояние между реперами.

4. Вычисляют коэффициент запаса устойчивости борта разреза по наиболее напряженной поверхности как отношение суммы сил, удерживающих призму возможного обрушения в равновесии - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, представляющих собой внутренние силы сопротивления горного массива деформированию и разрушению, к сумме внешних сдвигающих сил - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, стремящихся вывести ее из состояния равновесия:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.


Величину внутренних сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах сопротивления слоистого массива вычисляют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - предельное сопротивление сдвигу породы слоя, соответствующее нормальному напряжению на поверхности скольжения в пределах слоя и снятое с паспорта прочности породы слоя; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - относительное сопротивление сдвигу породы слоя, соответствующее предельному сдвигу; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  - протяженность участка поверхности скольжения в слое породы.
Сумму сдвигающих сил Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, действующих по поверхности скольжения, вычисляют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вес блоков, на которые разбита призма обрушения вертикальными гранями; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол наклона площадки скольжения в основании блока.

5. На паспорте деформации породы в однородном массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и группы слоев в слоистом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах находят величину деформации Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующую уровню напряженности по наиболее напряженной поверхности оцениваемого борта разреза, численно выражающемуся величиной Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (здесь Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вычисленный коэффициент запаса устойчивости борта).
Поскольку максимальный сдвиг в прибортовом массиве приурочен к наиболее напряженной поверхности скольжения, уровень напряженности на которой определяется величиной обратной коэффициенту запаса, т.е. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, величину максимального сдвига, вычисленного по результатам натурных наблюдений, сравнивают с величиной Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, снятой с паспорта деформации при том же уровне напряженности.
Если вычисленный коэффициент запаса устойчивости борта соответствует реальному, то максимальная деформация сдвига Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, вычисленная по результатам натурных наблюдений, должна совпадать с деформацией сдвига Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, снятой с паспорта деформации при том же уровне напряженности.
При несовпадении величины Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах с величиной Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют уровень напряженности Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (в слоистом массиве), соответствующий Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, обратная величина которого характеризует коэффициент запаса устойчивости исследуемого борта.

7.1.2. Приближенную оценку состояния устойчивости бортов разрезов по наблюдаемым смещениям прибортовых массивов, представленных слабыми породами, основанную на подобии схем деформирования испытываемых пород в срезных приборах и прибортовых массивов в натурных условиях, осуществляют в последовательности, изложенной в Прил.9.

7.2. РАСЧЕТ СИЛ, СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ АКТИВНО РАЗВИВАЮЩИЕСЯ ОПОЛЗНИ В ОДНОРОДНЫХ МАССИВАХ СЛАБЫХ ПОРОД

7.2.1. Расчет сил, необходимых для стабилизации активно развивающихся оползней, осуществляется по формуле [26]:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (7.3)


Вычисленная величина Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, представляющая собой избыток сдвигающих сил над внутренними силами долговременной сопротивляемости сдвигу прибортового массива, воздействует на прибортовой массив по поверхности вероятного разрушения и вызывает смещение призмы обрушения со скоростью Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. При устранении этого избытка смещение прекращается.

7.2.2. Формулу можно применять, если натурными испытаниями зафиксирована установившаяся скорость смещения потенциальной призмы обрушения и предварительно определены коэффициенты Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Указанные коэффициенты определяют путем лабораторных испытаний пород прибортового массива, в котором развивается оползень, из зависимости:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (7.4)

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - коэффициенты, зависящие от свойств горных пород; коэффициент Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах имеет размерность скорости;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - действующее сдвигающее напряжение; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - напряжение на пределе длительной прочности породы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - напряжение стандартной (кратковременной) прочности породы.

7.2.3. При равенстве уровней напряженности на потенциальной поверхности скольжения развивающегося оползня и на поверхности потенциального разрушения испытываемой породы, в которой проходит поверхность скольжения оползня, т.е. при


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах                                           (7.5)


относительные скорости смещения в образце и в массиве одинаковы. На основе (7.5) силы, которые надо добавить к удерживающим силам или на которые надо уменьшить сдвигающие силы, могут быть вычислены также по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

7.3. ПРОГНОЗ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ НЕТРЕЩИНОВАТЫХ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ИХ ДЕФОРМАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ

7.3.1. Прогноз смещений земной поверхности борта разреза выполняют после установления схемы деформирования прибортового массива и исследования прочностных и деформационных свойств горных пород, слагающих прибортовой массив.
Характер деформирования (схема деформирования) прибортового массива определяется, в основном, его геологическим строением, структурой и прочностными свойствами горных пород [8, 24].

7.3.2. В однородном (квазиизотропном) прибортовом массиве зона деформаций по земной поверхности распространяется на значительное расстояние от верхней бровки борта, достигая 1,5Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - высота борта), и плавно сокращается с глубиной от поверхности к основанию откоса (рис.7.3).

Рис.7.3. Положение изолиний смещения в однородном (квазиизотропном) массиве

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.7.3. Положение изолиний смещения в однородном (квазиизотропном) массиве:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - изолиния максимальных смещений; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах  - то же, нулевых


Деформации в основании откоса распространяются на расстояние, приблизительно равное 0,3Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от нижней бровки откоса. Изолинии смещений имеют плавный криволинейный вид и форму, подобную форме поверхности скольжения; изолиния нулевых смещений заглубляется ниже подошвы борта на глубину около 0,3Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а изолиния максимального смещения выходит на борт на высоте (0,2-0,3)Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах от его нижней бровки.

7.3.3. По каждой изолинии смещения методом алгебраического сложения сил производится расчет коэффициента запаса устойчивости по схеме, изложенной в пп.5.1.6, 5.2.1.
После построения на профиле графика изменения коэффициента запаса земная поверхность прибортовой зоны разбивается на интервалы, тяготеющие к той или иной изолинии смещения. Ширина интервалов выбирается так, чтобы в их пределах коэффициент запаса устойчивости изменялся не более чем на 0,1.

7.3.4. Смещение всего интервала, тяготеющего к изолинии, происходит по направлению этой изолинии, а величина сдвига зависит от деформационных свойств породного массива и коэффициента запаса устойчивости.
При этом величина относительного сдвига Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в пределах выделенного интервала принимается постоянной и определяется по паспортам деформаций и прочности, исходя из уровня напряженности по изолиниям смещения.
Порядок расчета смещений земной поверхности в прибортовой зоне для конкретных горно-геологических условий приведен в Прил.10.

7.3.5. Если прибортовой массив ослаблен в основании борта горизонтальным или пологозалегающим контактом, то развитие деформаций в нем отмечается рядом характерных признаков (см. рис.П.8.5). В этих условиях уже в скрытую стадию развития оползня-надвига в прибортовом массиве формируются клин активного давления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и призма упора Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, которые легко устанавливаются по направлению векторов смещения наблюдательных реперов (рис.7.4).

Рис.7.4. Схема деформирования прибортового массива разреза, ослабленного в основании борта подработанным горными работами горизонтальным или пологозалегающим контактом

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.7.4. Схема деформирования прибортового массива разреза, ослабленного в основании борта подработанным горными работами горизонтальным или пологозалегающим контактом


Зона деформаций за пределами призмы обрушения по поверхности прибортового массива распространяется на величину до 1,5Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а изолинии смещения в зоне Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (см. рис.7.4) имеют плавный криволинейный вид. Ширина призмы обрушения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах изменяется в различных условиях от 0 до (0,4-0,6)Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

7.3.6. Порядок расчета смещений земной поверхности прибортового массива при развитии оползня-надвига аналогичен описанному для однородного откоса; пример расчета смещений прибортового массива в этих условиях приведен в Прил.10.

8. ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ

8.1. СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ И КОНСТРУКЦИИ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ В ЛЕЖАЧЕМ БОКУ, РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПО УСЛОВИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ

8.1.1. При разработке пластов, залегание которых близко к горизонтальному (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах5°), величина угла Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах практически не влияет на устойчивость бортов. В проекте должны предусматриваться меры по предупреждению деформаций откосов, связанных с неравнопрочностью массива горных пород в границах отрабатываемого месторождения.
В процессе проектирования следует:
- при наличии на выемочных полях протяженных ослабленных зон раскраивать участки (выемочные блоки) с таким расчетом, чтобы борта разреза пересекали эти зоны в поперечном направлении, а локальные участки, сложенные менее прочными породами, не попадали (по возможности) на предельный контур разреза (рис.8.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);
- предусматривать отработку запасов каждого участка (блока) в направлении от более крепких пород к слабым с тем, чтобы время стояния менее устойчивых участков бортов было сведено к минимуму (рис.8.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);
- на участках с аномальным залеганием слоев корректировать направление подвигания фронта горных работ, переходя от параллельного к веерному и диагональному подвиганию, что обеспечит более пологие углы наклона слоев, подрезаемых бортом (рис.8.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах). Величину угла поворота фронта горных работ определяют расчетом при заданном угле наклона подрезаемых контактов.

Рис.8.1. Схемы раскройки разрабатываемых участков горизонтальных пластов и порядок их отработки при наличии

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.1. Схемы раскройки разрабатываемых участков горизонтальных пластов и порядок их отработки при наличии:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - протяженной ослабленной зоны (2); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сочетания прочных и слабых пород (3); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - аномального залегания слоев (5).

1 - направление разработки; 4 - фланговые траншеи внешнего заложения; 6 - направление подвигания фронта горных работ

8.1.2. При разработке пологих пластов (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=6-15°) по бестранспортной технологии деформациям чаще всего подвержены нерабочий борт, нагруженный отвалом, борт разрезной траншеи и внутренний отвал*.
_________________
* Способы предупреждения оползней отвалов, разд.9.
Устойчивость нерабочего борта в этих условиях можно повысить, пригрузив породой его нижнюю часть. Варианты с отсыпкой упорной призмы приведены в Прил.11.

8.1.3. Полого- и наклоннозалегающие пласты (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>16°) разрабатывают по транспортной технологии. В зависимости от физико-механических свойств пород и состояния контактов между слоями возможны следующие варианты расположения вскрывающих выработок и конструкций борта в лежачем боку месторождения.

1. Расчетами установлено, что Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. В этом случае вскрытие пласта осуществляют капитальными траншеями внешнего заложения у выходов пласта под наносы, а нерабочий борт по возможности совмещают с почвой пласта. При необходимости устройства транспортных берм они могут быть врезными при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, либо насыпными (рис.8.2). Если подрезка контактов не допускается (обычно при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>20°), то откос над врезной бермой, либо берму с подрезанными контактами необходимо укреплять.

2. Расчетами установлено, что Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Следовательно, необходимо наличие разгрузочных берм. Ими могут быть капитальные транспортные и другие бермы.
Для оптимизации угла наклона борта (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), в зависимости от допустимости подрезки контактов слоев, бермы могут быть врезными (см. рис.8.2) или нарезными (рис.8.3).

Рис.8.2. Поперечные сечения пологого пласта, вскрываемого капитальными выработками

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.2. Поперечные сечения пологого пласта (3), вскрываемого капитальными выработками (2):

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - борт с врезной (4) и насыпной (5) бермами; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - борт с врезной (4) и нарезными (6) бермами; 1 - наносы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - углы соответственно залегания пласта, наклона борта (проектный и предельный), естественного откоса

Рис.8.3. Поперечное сечение наклонного пласта, вскрываемого временной выработкой , и конструкция борта с нарезными бермами...

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.3. Поперечное сечение наклонного пласта (2), вскрываемого временной выработкой (1), и конструкция борта (3) с нарезными бермами:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол откоса уступа (обозначения остальных углов см. на рис.8.2)

3. Вопрос о необходимости предохранительных (улавливающих) берм и их конструктивном исполнении должен решаться в каждом конкретном случае в зависимости от величин углов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах с учетом вероятности осыпеобразования. Ширина бермы во всех случаях должна обеспечивать возможность механизированной ее очистки от осыпи [29]. Целесообразность применения той или иной конструкции борта определяется технико-экономическими расчетами.

8.1.4. Наклонно- и крутозалегающие пласты предпочтительнее вскрывать временными траншеями, располагаемыми у выходов пласта под наносы.
В тех случаях, когда возможно расслоение массива в уступах и опрокидывание слоев (при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>50°), заоткоску уступов следует производить под углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Варианты конструкций бортов приведены на рис.8.4.

Рис.8.4. Варианты вскрытия крутопадающих пластов и конструкции бортов разреза

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.4. Варианты вскрытия крутопадающих пластов и конструкции бортов разреза:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - выпуклый борт, уступы заоткошены по контактам; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - плоский борт, уступы заоткошены с надрезкой слоев; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - разработка этапами I, II; 1 - вскрытие временными выработками; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - ширина промежуточной бермы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - углы наклона борта соответственно с плоским (предельным) и выпуклым (средним для борта в целом) профилями (остальные обозначения см. на предыдущих рисунках)


Мероприятия по повышению надежности устойчивости бортов глубоких разрезов включают [30]:
- вскрытие временными траншеями;
- разработку месторождения этапами с формированием временных нерабочих бортов.

8.1.5. Мульдообразное залегание пластов включает элементы пологого, наклонного и крутого залегания на различных участках мульды. Соответственно этому залеганию применяют приведенные для различных групп месторождений схемы вскрытия.
Выбор схемы вскрытия и направления разработки обусловливается размерами мульды, ее формой, условиями залегания пластов, рельефом местности (Прил.12). При центральном расположении вскрывающих выработок разработку ведут в направлении восстания пласта. Если горные породы склонны к оползанию, то целесообразно использовать управляемое оползнеобразование с целью повышения производительности вскрышного оборудования.
При изменчивости залегания угольных пластов в отрабатываемом блоке устойчивость рабочего борта и внутреннего отвала можно повысить путем варьирования направления подвигания фронта работ. Необходимую величину угла поворота фронта работ определяют расчетом [31].

8.1.6. Как показывает анализ причин деформирования бортов капитальных и разрезных траншей в процессе их проходки, основными из них являются:
- неудачный, с точки зрения устойчивости откосов, выбор места заложения траншеи;
- нагружение бортов траншеи породами вскрыши и оборудованием сверх допустимого предела;
- несоответствие параметров борта траншеи прочностным характеристикам пород;
- обводненность массива горных пород.
Место заложения капитальной траншеи на месторождении со сложными геологическими и инженерно-геологическими условиями существенно влияет на устойчивость как ее бортов, так и проходимой затем разрезной траншеи. При наличии на поле разреза участков с различным залеганием слоев имеется возможность выбрать вариант с более благоприятными условиями для устойчивости бортов траншеи.
Такие условия обеспечиваются в следующих случаях:
- ось траншеи пересекает антиклинальную складку (рис.8.5, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);
- ось траншеи ориентирована перпендикулярно или под углом к направлению падения слоев (падение несогласное, рис.8.5, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, либо согласное, рис.8.5, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, с наклоном дна траншеи).

Рис.8.5. Варианты ориентирования оси траншеи относительно потенциальной поверхности (зоны) скольжени

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.5. Варианты ориентирования оси траншеи относительно потенциальной поверхности (зоны) скольжения:

1 - контур траншеи; 2 - элемент слоистости

8.2. ВЫБОР ЭФФЕКТИВНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ В РЕАЛЬНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

8.2.1. Выбор инженерно-технических мероприятий зависит от их целевого назначения и горно-геологических условий участка борта.

8.2.2. Для защиты законтурного массива от воздействия взрывов в скальных и полускальных породах угольных месторождений (в основном висячего бока) следует применять контурное взрывание по специальным технологиям, диагональные схемы коммутации взрывной сети, короткозамедленное взрывание и рассредоточенные заряды в приконтурных блоках [31].
Контурное взрывание осуществляется путем:
- предварительной проходки экранно-отрезных щелей и создания буферных зон до приближения горных работ к границе разреза на 30-50 м;
- гладкого откола зарядами ВВ в наклонных сближенных скважинах последнего ряда взрываемого приконтурного блока (Прил.13).

8.2.3. Взрывы в приконтурных зонах разреза должны производиться по специальному проекту (паспорту), утвержденному в установленном порядке.

8.2.4. Подвалку борта (уступа) контрфорсом из крепких пород рекомендуется применять для повышения устойчивости откосов, склонных к оползанию (рис.8.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах). Она может быть постоянной (нерабочий борт) и временной (рабочий борт). Необходимость в последней может возникнуть при разработке в направлении восстания слоев (аномальное залегание, крылья мульд и др.).

Рис.8.6. Схемы повышения устойчивости откосов путем их пригрузки

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.8.6. Схемы повышения устойчивости откосов путем их пригрузки:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - последовательность отсыпки контрфорса (1) автосамосвалом (3) в забое экскаватора (2); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - временная пригрузка рабочего борта; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - пригрузка фильтрующим материалом обводненного уступа (остальные обозначения см. в п.8.2)


Параметры упорной призмы или контрфорса при плоской поверхности сдвига (рис.8.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) определяют исходя из дефицита удерживающих сил. Борт находится в предельном равновесном состоянии, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=1 (запас введен в прочностные характеристики пород) при условии:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (8.1)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - масса потенциальной призмы оползания; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - высота трещины отрыва; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - удельное сопротивление отрыву; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - эффективное давление, создаваемое навалом породы; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - коэффициент трения в основании (или теле) навала; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - соответственно сцепление и угол трения в зоне сдвига; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - длина поверхности скольжения.
В тех случаях, когда сдвиг предполагается по гипотетической криволинейной поверхности скольжения (см. рис.8.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах), контрфорс рассматривается как призма упора в типичной призме возможного обрушения. Общее сопротивление сдвигу определяют методами, изложенными в разд.5.

8.2.5. Для предотвращения выноса и переотложения фильтрующимся потоком мелких частиц рыхлых песчаных отложений и обеспечения устойчивости откосов в границах промежутка высачивания, рекомендуется пригружать откос гравийно-щебеночным материалом в виде призмы (см. рис.8.6, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) в сочетании с водоприемной канавой. Параметры пригрузочной призмы зависят от коэффициентов фильтрации пород в откосе Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и пригрузки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, высоты высачивания Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и ожидаемых притоков Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Высота пригрузки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах должна быть больше высоты высачивания и приближенно может составлять (1,1-1,2) Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Высоту высачивания Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют по наблюдениям или аналитически [3, 15]. Ширина основания призмы зависит от угла откоса укрепляемого уступа Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и угла естественного откоса пригрузки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, величина которого близка к величине угла внутреннего трения использованного в ней материала:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (8.2)

8.2.6. Принцип укрепления неустойчивых откосов механическими способами основан на перераспределении напряжений в массиве горных пород. Воспринимая давление призмы обрушения, укрепительные конструкции и сооружения передают его устойчивой части массива, находящейся вне зоны сдвига. Необходимым условием применения механических способов укрепления откосов является наличие прочного, устойчивого массива за поверхностью (или зоной) скольжения или же в основании откоса [32].
Расчет устойчивости укрепляемых откосов включает определение:
- ожидаемого давления горных пород на крепь (см. Прил.14);
- параметров элемента крепи.

8.2.7. В отдельных условиях устойчивость бортов и уступов разрезов, откосов отвалов может быть повышена за счет дренажных мероприятий. Обеспечение общей устойчивости бортов глубоких разрезов достигается при принудительном снижении напоров водоносных пластов, залегающих в лежачем боку месторождения (в прибортовом массиве или в подошве разреза) и экранированных относительными водоупорами. Необходимая величина понижения напоров определяется расчетом устойчивости борта.
Наряду с повышением эффективных напряжений и соответствующих удерживающих сил снижение гидростатических давлений в прибортовых массивах и в подошве разрезов обеспечивает предотвращение набухания глинистых пород (снижение их прочности). Снижение напоров водоносных пластов, характеризующихся относительно высокой проводимостью (более 10 мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах/сут) может быть обеспечено за счет применения водопонижающих скважин. Для снижения напоров в слабопроницаемых пластах эффективным техническим средством являются самоизливающие горизонтальные, вертикальные или наклонные скважины. Самоизливающие скважины могут оборудоваться в виде ярусов по мере углубки разреза. Расстояния между ярусами определяются расчетом устойчивости бортов разрезов.
Для ограничения фильтрационных деформаций рыхлых песчано-глинистых (покровных) отложений наряду с фильтрующими пригрузками могут быть использованы контурные системы заградительного дренажа, представленные водопонижающими скважинами, а в особо сложных условиях - подземными дренажными комплексами. На нерабочих бортах могут быть использованы горизонтальные самоизливающие скважины. Ограничение водопритоков к фильтрующим откосам определяется предварительной оценкой длины языков оплывания с учетом технологических параметров горных работ.
Обеспечение устойчивости внутренних отвалов достигается осушением подошвы с применением дренажных траншей, заполняемых фильтрующим материалом, или снижением напоров водоносных пластов, экранированных водоупорами малой мощности.

9. УСТОЙЧИВОСТЬ ОТВАЛОВ

9.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ОТВАЛОВ


Для решения вопроса устойчивости отвалов на разрезах, кроме перечисленных в разд.2, необходимо детально изучить следующие факторы:
- процентное соотношение во вскрыше отдельных литологических разностей;
- сопротивление сдвигу отвальных пород;
- прочностные свойства пород основания отвалов, включая характеристики сопротивления сдвигу по контактам отвал-основание или контактам в породах основания отвалов;
- технологию отвалообразования.
Из наблюдаемых на отвалах видов деформаций - оползней, осыпей, просадок и оплывин наиболее опасным и широко распространенным видом являются оползни. Основной причиной оползней является несоответствие параметров отвалов несущей способности отвальной массы и пород основания отвалов. В зависимости от положения нижней границы поверхности скольжения оползни разделяют на три типа - надподошвенные, контактные и подподошвенные.
Надподошвенные оползни отвалов характеризуются плавной криволинейной поверхностью скольжения, образующейся в теле отвала и выходящей в нижнюю бровку откоса, аналогично изображенной на рис.5.2.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Контактные оползни (иногда их называют подошвенными) характеризуются ломаной поверхностью скольжения, проходящей по контакту отвал-основание или контакту между слоями в породах основания (рис.9.1.1).

Рис.9.1.1. Потенциальная поверхность скольжения и схема к расчету устойчивости отвала на слабом контакте отвал-основание

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.1.1. Потенциальная поверхность скольжения и схема к расчету устойчивости отвала на слабом контакте отвал-основание


Подподошвенные оползни возникают при размещении отвалов на основании, породы которого обладают низкой несущей способностью, или в этих породах сохраняются высокие напоры. Они характеризуются плавной криволинейной поверхностью скольжения, захватывающей породы основания, и образованием вала выпирания у нижней бровки откоса (рис.9.1.2).

Рис.9.1.2. Потенциальная поверхность скольжения в теле отвала при наличии в его основании слабого слоя

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.1.2. Потенциальная поверхность скольжения в теле отвала при наличии в его основании слабого слоя


Данными видами оползней определяются и схемы расчета устойчивости отвалов, соответствующие конкретной схеме возможной деформации отвала.
Горно-геологические условия отвалообразования, встречающиеся в практике открытых горных работ, могут быть сведены к следующим:
- отвалы прочных или слабых пород на прочном основании;
- то же, на наклонном слоистом основании;
- то же, на слабом слое (подподошвенный тип оползня).
Расчеты предельных параметров внешних и внутренних отвалов производятся с коэффициентом запаса, величина которого зависит от многих факторов, в том числе:
- погрешности методов расчета, включая и погрешности самих расчетов;
- погрешности определения основных расчетных характеристик сопротивления сдвигу отвальной смеси;
- изменения этих характеристик с течением времени под влиянием различных факторов;
- погрешности определения объемного веса отвальных пород, составляющих призму возможного обрушения [3].
Погрешности за счет других факторов оказываются значительно меньше. Так, погрешность определения средней величины объемного веса пород, составляющих призму возможного обрушения, не превышает 2-3%, погрешности методов расчета - 3-5%, погрешность определения основных расчетных характеристик зависит от способа их определения.
Рекомендуемые значения коэффициента запаса устойчивости приведены в табл.9.1.

Таблица 9.1


Рекомендуемые значения коэффициента запаса устойчивости для различных условий отвалообразования

Отвалообразующие породы

Тип отвала

Основание отвала

Рекомендуемый коэффициент запаса устойчивости

Скальные и полускальные породы

Внешний

Прочное

1,05

Внутренний

Слоистое

1,05*-1,10

Рыхлые песчано-глинистые породы

Внешний

Прочное

1,10

Слоистое

1,10*-1,20

Внутренний

Прочное

1,10*-1,15

Слоистое

1,20

Слабые глинистые породы

Внешний

Прочное

1,20

Слабое, слоистое

1,20*-1,30

Внутренний

Прочное

1,20

Слоистое

1,20*-1,30

Скальные, полускальные. Рыхлые песчано-глинистые породы

Нагруженный

Любое

1,10*-1,20

1,20*-1,30

_________________
* Допустимо при использовании в расчетах показателей физико-механических свойств пород отвалов и их оснований, определенных методом обратных расчетов или натурными испытаниями.

9.1.1. Устойчивость отвалов прочных пород на прочном основании


Параметры отвалов, расположенных на прочном основании, определяются физико-механическими свойствами отвальной массы.
Прочными породами называются скальные и полускальные породы различного состава, величина сцепления в куске которых превышает 200 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или величина сопротивления одноосному сжатию более 800 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Прочное основание отвалов может быть представлено скальными, полускальными и песчано-гравелистыми породами, не имеющими четко выраженной слоистости, слабых контактов и слабых прослойков. Основание, имеющее угол наклона до 10°, является горизонтально-пологим; при углах наклона более 10° - наклонным.
Расчеты устойчивости отвалов прочных пород на прочном горизонтально-пологом основании показывают, что высота яруса таких отвалов может быть практически не ограничена.
При размещении на горизонтально-пологом основании максимальную высоту отвалов устанавливают технико-экономическими расчетами с учетом удорожания транспортирования при увеличении высоты отвала, расходов на устройство и поддержание транспортных путей, возможности применения мощного оборудования на высоких отвалах и их рекультивации.
Оценка устойчивости отвалов прочных пород, расположенных на наклонном прочном основании, производится методом многоугольника сил по ряду поверхностей скольжения в соответствии с п.5.1.10. Построение потенциальных поверхностей скольжения показано на рис.5.2.1.

9.1.2. Устойчивость отвалов слабых пород на прочном основании


В практике разработки угольных месторождений чаще всего встречаются два типа отвальных смесей: отвалообразующие породы, близкие по своим прочностным свойствам и резко отличающиеся по прочности.
В первом случае сопротивление сдвигу таких смесей определяют как средневзвешенную величину совокупности физико-механических характеристик пород нарушенной структуры, составляющих отвал.
При втором типе смеси, например, представленном смесью прочных пород с каким-либо глинистым заполнителем, сопротивление сдвигу изменяется в иной пропорции, и наибольшее влияние на нее будут оказывать породы с более низкими физико-механическими свойствами.
При содержании в отвалообразующих породах от 15 до 40% глинистого заполнителя происходит снижение сопротивления сдвигу - от сопротивления сдвигу прочных пород до сопротивления сдвигу глинистого заполнителя (рис.9.1.3).

Рис.9.1.3. Зависимость изменения угла внутреннего трения отвальной смеси от содержания глины

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.1.3. Зависимость изменения угла внутреннего трения отвальной смеси от содержания глины


Максимальная высота устойчивых отвалов слабых пород на прочном основании ограничивается значением, при котором сопротивление смеси сдвигу достигает максимума - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
В диапазоне напряжений от 0 до точки Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рис.9.1.4), характеризующей напряжение, при котором начинается разворот и разрушение отдельных кусков пород вдоль поверхности скольжения, сопротивление сдвигу будет определяться только углом трения, близким к углу естественного откоса.

Рис.9.1.4. Схема, иллюстрирующая формирование сопротивления сдвигу по поверхности скольжения для пород различной прочности

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.1.4. Схема, иллюстрирующая формирование сопротивления сдвигу по поверхности скольжения для пород различной прочности


При напряжениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах процесс уплотнения с увеличением сопротивления пород сдвигу происходит до тех пор, пока нижняя часть массива отвала не перейдет в двухфазное состояние и сопротивление сдвигу смеси достигнет максимума. Высота отвала при этом является предельной.
Расчет устойчивости отвалов слабых пород на прочном основании производят методом касательных напряжений по общему сопротивлению сдвигу. Пример расчета приведен в Прил.2.
Предельную высоту отвалов, сложенных слабыми породами, можно определить по графику (рис.9.1.5).

Рис.9.1.5. Обобщенный график зависимости высоты устойчивого отвала от временного сопротивления сжатию пород в куске и результирующего угла откоса отвала

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.1.5. Обобщенный график зависимости высоты устойчивого отвала от временного сопротивления сжатию пород в куске и результирующего угла откоса отвала

9.1.3. Устойчивость отвалов на наклонном слоистом основании


Отсыпка отвалов на слоистое основание, с точки зрения устойчивости, является одним из наиболее сложных вариантов отвалообразования.
Степень влияния слабого контакта или слоя в основании отвала на параметры устойчивых отвалов определяется соотношением физико-механических свойств отвальных пород, угла наклона контакта или слоя и показателей сопротивления сдвигу по ним.
В Прил.16 приведены результаты расчетов параметров устойчивых отвалов, отсыпанных на слоистое наклонное основание, при наиболее распространенных прочностных характеристиках сопротивления сдвигу в свежеотсыпанных отвалах как прочных, так и слабых пород: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах1,75-1,95 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Прил.16, табл.2). Углы падения поверхностей ослабления в основании отвала приняты в пределах Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0-15°, при 15Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах25°.
Поверочные расчеты устойчивости отвалов, расположенных на наклонном слоистом основании, производят методом многоугольника сил по ряду поверхностей скольжения.

9.1.4. Устойчивость отвалов прочных и слабых пород на слабом основании


В случае, если мощность слабого слоя в основании отвалов значительна, поверхность скольжения деформирующегося отвала, сложенного из прочных или слабых пород, проходящая по слабому слою, значительно искривляется (см. рис.9.1.2), что необходимо учитывать при расчете. Чем больше мощность слабого слоя в основании отвала, тем существеннее отличие этой схемы деформирования от схемы деформирования с учетом слабого контакта в основании отвала. Особенно это проявляется в случае отсыпки слабых пород на слабое основание, когда потенциальная поверхность скольжения имеет максимальную кривизну и захватывает значительный объем пород основания. Расчет устойчивости отвала в этом случае выполняют методом многоугольника сил или методом касательных напряжений.
В Прил.16 (табл.3 и рис.П.16.2, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах) представлены результаты расчетов предельных параметров устойчивых отвалов на слабом основании при различных расчетных характеристиках, которые показывают, что высота отвала мало зависит от величины вторичного сцепления, образующегося в теле отвала после отсыпки, независимо от того, сложен он слабыми или прочными породами, а определяется прочностными характеристиками слабого основания.
При наличии в почве отработанных наклонных угольных пластов относительно мощных водоупоров (более 3-5 м) создаются условия для сохранения высоких остаточных напоров в подугольных водоносных горизонтах, которые могут существенно влиять на устойчивость отвалов; в этих случаях необходимо принимать меры по их снижению.
Данные графиков и таблиц, приведенных в Прил.16, позволяют дать предварительные рекомендации по определению параметров устойчивых отвалов. Различное сочетание инженерно-геологических, гидрогеологических и горно-технических условий могут в различной степени внести коррективы в предварительные результаты.

9.1.5. Устойчивость гидроотвалов


На устойчивость намывных отвалов (гидроотвалов), наряду с вышеперечисленными, оказывает влияние также ряд специфических факторов, определяемых способом отвалообразования:
- непостоянные свойства намывных пород, изменяющиеся как в пространстве, так и во времени в зависимости от условий и интенсивности протекания процессов фильтрационной консолидации;
- непостоянное во времени напряженное состояние пород намывного массива, определяемое развитием порового давления, которое, в свою очередь, зависит от интенсивности ведения строительных и гидроотвальных работ;
- неоднородное строение намывного массива, вызванное закономерным изменением состава пород вследствие фракционирования пульпы при намыве.
Оценка устойчивости гидроотвалов в периоды проектирования, строительства, эксплуатации и, возможно, дальнейшего использования в качестве основания различных сооружений требует:
- изучения состава, состояния (напряженного и физического) и свойств намывных пород;
- прогнозирования напряженного состояния и физико-механических свойств намывных массивов при изменении параметров гидроотвального сооружения;
- контролирования состояния и свойств намывных пород на различных этапах существования гидроотвала.
Инженерно-геологические исследования на гидроотвалах включают комплекс полевых и лабораторных работ по изучению состава, состояния и свойств пород намывного массива, естественного основания и дамб, а также опытно-промышленные эксперименты по изучению условий консолидации отложений гидроотвалов [37].
Исследования гидроотвалов на стадии эксплуатации следует производить на каждом этапе увеличения высоты сооружения перед строительством очередной дамбы или отдельных ее ярусов (очередей). Если намывное сооружение формируется одним ярусом в течение всего периода эксплуатации или намывается с небольшой интенсивностью, то данные исследования необходимо выполнять не реже чем раз в пять лет.
Для прогнозирования напряженного состояния пород гидроотвалов следует использовать аналитические зависимости теории консолидации, а в сложных условиях - применять математическое моделирование. Оценку изменения свойств пород гидроотвалов осуществляют в лабораторных условиях постановкой специальных экспериментов, моделирующих различное напряженное состояние пород.
Расчеты устойчивости гидроотвалов рекомендуется производить методом алгебраического сложения сил по плавной криволинейной поверхности скольжения с учетом действия сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления (Прил.16.6). В случаях, когда откос гидроотвала сложен породами с высокой (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах м/сут) или низкой (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<10Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах м/сут) проницаемостью, расчеты можно выполнять без учета изменения порового давления.
Оценку состояния устойчивости гидроотвалов следует производить ежегодно перед началом сезона намыва и выполнением строительных работ по формированию дамб наращивания с привлечением специализированных организаций.
Для контролирования состояния и свойств пород намывных сооружений необходима организация системы гидрогеомеханического контроля, включающая измерение давлений по специальным датчикам, заложенным в намывной массив, и деформаций поверхности гидроотвала маркшейдерскими методами. Регламент выполнения данных работ определен нормативно-методическими документами ВНИМИ [37].

9.2. ПОДРЕЗКА ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ОТВАЛОВ НА ПРОЧНОМ ОСНОВАНИИ


Параметрами подрезки отвалов при ее необходимости (например, для увеличения емкости выработанного пространства при внутреннем отвалообразовании, выемки оползшей массы на оползневых участках и проведения технологических дорог) являются высота Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и угол откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, которые зависят от физико-механических свойств отвальной массы: сцепления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, угла внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и плотности Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
При вертикальной подрезке ее высоту рассчитывают по формуле (5.2):

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.


При подрезке под заданным углом Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=40-80° высоту рассчитывают по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - условная высота подрезки, определяемая по графику, приведенному в Прил.16 на рис.П.16.3; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - высота вертикального откоса, рассчитываемая по формуле (5.2) или определяемая по графикам, приведенным в Прил.16 на рис.П.16.4, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, если плотность отвальной массы Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах составляет 1,8-2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Подрезка отвалов, сложенных крепкими скальными и полускальными породами и характеризующихся только углом внутреннего трения (сцепление практически отсутствует - сыпучая среда), недопустима.

9.3. РАЗГРУЗКА АВТОСАМОСВАЛОВ ПОД ОТКОС ОТВАЛА


При расположении автосамосвала вблизи верхней бровки отвала для его разгрузки непосредственно под откос (табл.9.2) возможно образование криволинейной поверхности скольжения под задним мостом автосамосвала на глубине от 3 до 10 м.

Таблица 9.2


Минимальная ширина бермы безопасности при разгрузке автосамосвалов непосредственно под откос

Марка автосамосвала

Минимальная ширина бермы безопасности, м

Белаз-548

1,5

Белаз-549

2,0

Белаз-7519

2,5

Камацу

2,9

Юклид

3,0

Юнит Риг

3,4


Технические характеристики автосамосвалов, применяемых в настоящее время на угольных разрезах, приведены в Прил.16 (табл.4). При разгрузке автосамосвалов непосредственно под откос для оценки устойчивости отвала необходимы следующие характеристики: полный вес автосамосвала, ширина задней колеи, диаметр заднего колеса, расстояние между осью заднего колеса и нижней точкой поднятого кузова. Расчетными характеристиками являются нагрузка на задний мост и вес заднего моста на 1 м по простиранию яруса отвала в пределах задней колеи автосамосвала.
Нагрузка на задний мост составляет две трети полного веса автосамосвала. Вес заднего моста на 1 м отвала по протяженности в пределах задней колеи автосамосвала рассчитывают по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - нагрузка на задний мост автосамосвала; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - ширина задней колеи.

9.4. УСТОЙЧИВОСТЬ ОТВАЛОВ, НАГРУЖЕННЫХ ГОРНОТРАНСПОРТНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ


Устойчивость нагруженных отвалов, а также безопасная эксплуатация на отвалах тяжелого горнотранспортного оборудования осуществляется при одновременном выполнении следующих условий:
- обеспечения несущей способности пород под опорными элементами при работе оборудования;
- обеспечения устойчивости отвала с учетом веса оборудования [16].
Деформации отвалов, связанные с работой на них тяжелого оборудования, наблюдаются на отвалах, сложенных слабыми песчано-глинистыми породами с низкими показателями сопротивления сдвигу.
При наличии оборудования вблизи верхней бровки откоса отвала нарушение устойчивости чаще всего происходит путем образования малых призм оползания, вес которых соизмерим с весом оборудования, потенциальная поверхность скольжения при этом выходит на поверхность откоса отвала.
Форма и размеры поверхности скольжения в теле отвала зависят от угла наклона откоса и расстояния от линии приложения нагрузки до верхней бровки откоса. К верхней площадке откоса поверхность скольжения выходит под углом, близким к Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а к поверхности откоса - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. Поверхность скольжения имеет форму, близкую к круглоцилиндрической. Метод построения поверхности скольжения при расчете устойчивости нагруженного отвала приведен на рис.9.4.1.

Рис.9.4.1. Метод построения потенциальной поверхности скольжения в отвале, нагруженном горнотранспортным оборудованием

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.9.4.1. Метод построения потенциальной поверхности скольжения в отвале, нагруженном горнотранспортным оборудованием


Расчет устойчивости отвала, нагруженного оборудованием, производится в такой последовательности [16]:

1) Вводят в характеристики сопротивления сдвигу отвальной смеси коэффициент запаса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в соответствии с табл.9.1.
Определяют несущую способность пород под опорными элементами оборудования по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (9.1)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - несущая способность отвальных пород при двустороннем выдавливании основания; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - размер опорных поверхностей оборудования (ширина лыжи или диаметр базы экскаватора); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - интенсивность пригрузки на поверхности отвала; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения отвальных пород, сцепления и частично от формы зоны разрушения (табл.5, Прил.16.7).
Если пригрузка поверхности отвала, или прочный слой (например, слой мерзлых пород, подсыпка гравия) отсутствуют, то Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0. Коэффициент запаса несущей способности пород при статической нагрузке на поверхность отвала определяется как Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - удельная нагрузка под опорными элементами оборудования, либо: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - удельная нагрузка под опорными элементами оборудования с учетом внецентренной нагрузки при выполнении рабочих операций (черпание, поворот, разгрузка).
Величину Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (9.2)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вес ковша с породой или максимальное усилие на режущей кромке ковша; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - максимальный радиус черпания; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - момент сопротивления опорных поверхностей тяжелого оборудования относительно их симметрии.
Величина Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяется в зависимости от формы опорных поверхностей:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - радиус базы экскаватора,

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах- соответственно ширина и длина опорной поверхности.
Если коэффициент запаса несущей способности отвальных пород меньше единицы, то в этом случае для обеспечения возможности работы оборудования на отвалах необходимо применение специальных мероприятий.
Пример расчета коэффициента запаса несущей способности пород отвала приведен в Прил.16.7.

2) Проводят поверочные расчеты устойчивости отвала с учетом дополнительной нагрузки. Для этого на схеме отвала проводят ряд потенциальных поверхностей скольжения при различных положениях опорных поверхностей оборудования (рис.П.16.8) и определяют по ним коэффициент запаса устойчивости по формуле (6.10).
Если по какой-либо поверхности коэффициент запаса устойчивости меньше единицы, то увеличивают расстояние от опорного элемента оборудования до верхней бровки откоса отвала и повторяют поверочные расчеты.
Пример расчета устойчивости нагруженного отвала приведен в Прил.16.7.

Приложение 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ И УСТУПОВ В ОДНОРОДНОМ МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД (ПРИ ОТСУТСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ)

Приложение 1

I. Для указанных условий методом многоугольника сил произведены расчеты и построены графики зависимости между высотой плоского откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и его углом наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для различных углов трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и сцепления пород в массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рисунки П.1.1-П.1.4), по которым можно оценить устойчивость борта с заданными параметрами или определить максимальные параметры борта при заданном коэффициенте запаса устойчивости.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.1

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.2

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.4


Масштаб вертикальной оси графика определяется отношением: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, т.е. искомая высота борта по графику определяется из выражения: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
Такие графики рассчитаны для различных условий обводнения откосов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - условная высота промежутка высачивания.
На рис.П.1.2-П.1.4 приведены указанные графики для Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, равного 0,2; 0,5; 0,8.
Определение допустимых по условию устойчивости параметров плоского откоса для отличающихся от принятых к расчетам инженерно-геологических и гидрогеологических условий осуществляется последовательной линейной интерполяцией (экстраполяцией) численных значений безразмерного комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или угла откоса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, определяемых по графикам (см. рис.П.1.1-П.1.4) для углов трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и условий обводнения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, близких по значению к расчетным.
Порядок определения допустимых параметров однородного плоского откоса по графикам П.1.1-П.1.4 рассмотрен на примерах.
Пример 1
Необходимо определить допустимую высоту борта с углом его наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=36° при обводнении прибортового массива, характеризующегося Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,4, и следующих исходных расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,1 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=18 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=26°.

1. По графикам, приведенным на рис.П.1.2 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,2) и П.1.3 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,5), определяем значения безразмерного комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующего Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=26°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. Вычисляем среднее значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее условиям обводнения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,4:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляем искомую допустимую высоту откоса:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (м).


Пример 2
Определить допустимый угол наклона борта высотой Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=45 м при условии обводнения прибортового массива Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,1 и следующих исходных расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=6 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=20°.

1. Вычисляем значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующего исходным расчетным характеристикам:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. По графикам, приведенным на рис.П.1.1 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0) и П.1.2 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,2), определяем значения допустимых углов наклона борта, соответствующих Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=20°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляем искомое значение допустимого угла наклона борта:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

II. Для решения большого числа практических задач необходимо знать ширину призмы возможного обрушения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах борта в целом или его участка.
С целью определения ширины призмы возможного обрушения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах для большого диапазона изменения высоты борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, угла его наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, угла внутреннего трения пород Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, слагающих откос, и условий его обводнения рассчитаны графики, приведенные на рисунках П.1.5-П.1.7. Последовательность операций определения ширины призмы возможного обрушения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах по графикам рассмотрена на примере.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.5

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.6

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.1.7


Пример 3
Необходимо определить Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах при высоте борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=354 м, угле наклона его Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=36°, коэффициенте обводнения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,4 и исходных расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,1 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=18 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=26°.

1. По графикам, приведенным на рис.П.1.6 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,2) и П.1.7 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,5), определяем значение отношения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее углу внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=26° и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=36°;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. Вычисляем среднее значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее исходному коэффициенту обводнения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,4:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Определяем искомую ширину призмы возможного обрушения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (м).

Приложение 2. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ В УСЛОВИЯХ, КОГДА СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ПРЕДСТАВЛЕНО РАЗДЕЛЬНО ПОКАЗАТЕЛЯМИ


Приложение 2

     
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ В УСЛОВИЯХ, КОГДА СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ПРЕДСТАВЛЕНО РАЗДЕЛЬНО ПОКАЗАТЕЛЯМИ Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах И Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (ПЛАСТИЧНЫЕ ПОРОДЫ)


Расчет устойчивости откосов по общему сопротивлению сдвигу производится следующим образом (рис.П.2.1):

1) В откосе с принятыми параметрами* по наиболее напряженной поверхности определяют касательные Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и нормальные Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах напряжения по формулам:
________________
* Ориентировочные параметры бортов могут быть определены по графику (рис.П.1.1 Прил.1) для характеристик Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, приближенно соответствующих паспорту прочности пород.          

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - высота отдельного столбика, на которые разбита призма возможного обрушения, м; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - угол наклона основания столбика, (...°); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - сила гидродинамического давления в столбике (расчетном блоке); Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - длина основания расчетного блока;     

2) Расчетная поверхность развертывается в горизонтальную прямую, где отмечаются границы оснований столбиков, на которые разбита призма возможного обрушения; в середине основания столбиков по оси ординат откладываются отрезки, соответствующие касательным напряжениям Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, концы которых соединяют плавной кривой; площадь, ограниченная осью абсцисс и этой кривой, выражает сумму сдвигающих сил, действующих по расчетной поверхности;

3) По паспортам прочности пород при соответствующих нормальных напряжениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах определяют Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, величины которых откладывают по оси ординат в тех же точках, что и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, и соединяют плавной кривой; площадь этой эпюры является суммой удерживающих сил;

4) Отношение суммы всех удерживающих сил к сумме всех сдвигающих сил по наиболее напряженной поверхности ослабления составляет коэффициент запаса устойчивости:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.2.1. Пример расчета коэффициента запаса устойчивости откоса по общему сопротивлению пород сдвигу (1-5 - номера блоков)

Приложение 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ УСТОЙЧИВЫХ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ ПРИ ЗАОТКОСКЕ ИХ ПО НАСЛОЕНИЮ

Приложение 3

     
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ УСТОЙЧИВЫХ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ ПРИ ЗАОТКОСКЕ ИХ ПО НАСЛОЕНИЮ (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах)


Для наиболее распространенных инженерно-геологических условий методом многоугольника сил рассчитаны графики, позволяющие определить максимальную высоту устойчивого уступа (борта) при заоткоске его по наслоению для различных значений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и условий обводнения прибортового массива Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, которые приведены на рисунках П.3.1-П.3.6.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.1

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.2

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.4

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.5

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.3.6


Масштаб графиков по вертикальной оси: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - искомая высота борта.
Расчеты произведены при различных значениях углов трения по поверхностям ослабления (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=8; 12; 16; 20°), углов внутреннего трения пород вкрест слоистости (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=25; 30°) и условиях обводнения прибортового массива (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,2; 0,5; 0,8).
Определение предельной высоты уступа при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах с использованием указанных выше графиков показано на примере.
Пример 1
Определить максимальную высоту устойчивого уступа, заоткошенного по наслоению, при угле падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=30° и следующих расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=8 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=22°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=9° и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,6.

1. По графикам (рисунки П.3.3-П.3.6) определяют значения комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=9° и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=30°, соответствующие углам внутреннего трения вкрест слоистости 25 и 30° (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=6,6; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=7,4; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=6,2; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=6,8).

2. Вычисляют значения комплексов Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующие расчетному углу внутреннего трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=22°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляют среднее значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее исходным расчетным характеристикам:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

4. Вычисляют допустимую высоту уступа, заоткошенного по наслоению:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (м).

Приложение 4. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ ПРИ НАКЛОННОМ И КРУТОМ ЗАЛЕГАНИИ СЛОЕВ С ПАДЕНИЕМ ИХ В СТОРОНУ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

Приложение 4

     
РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ ПЛОСКИХ ОТКОСОВ ПРИ НАКЛОННОМ И КРУТОМ ЗАЛЕГАНИИ СЛОЕВ С ПАДЕНИЕМ ИХ В СТОРОНУ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ УСЛОВИИ Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах70°


На основании результатов расчетов устойчивости бортов методом векторного сложения сил для указанных условий по схеме, представленной на рис.5.3.4, построены графики зависимости высоты борта и его угла наклона от углов падения слоев, прочности пород и определенных условий их обводнения в пределах призмы возможного обрушения (рисунки П.4.1-П.4.16).

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.1

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.2

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.4

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.5

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.6

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.7

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.8

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.9

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.10

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.11

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.12

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.13

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.14

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.15

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.4.16


Порядок пользования графиками, представленными на рисунках П.4.1-П.4.16, показан на примерах.
Пример 1
Определить допустимый угол наклона борта высотой Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=200 м при угле падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=42° и следующих расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,0 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=12 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=25°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=14°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,8.

1. Показатели двух из рассматриваемых в примере расчетных характеристик (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=25, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,8) совпадают с аналогичными характеристиками, использованными при построении графиков, приведенных на рисунках П.4.15, П.4.16, поэтому для определения допустимого угла наклона борта следует пользоваться этими графиками.

2. Для рассматриваемых расчетных характеристик вычисляют значения безразмерного комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. По графикам П.4.15, П.4.16 определяют значения допустимого угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующие углу падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=42° и вычисленному значению комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

4. Вычисляют среднее значение допустимого угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее исходному расчетному значению угла трения по контакту Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=14°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.


Пример 2
Определить допустимый угол наклона борта, при тех же условиях, что рассмотрены в примере 1, за исключением обводнения прибортового массива, которое в данном примере характеризуется Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,6.

1. Для определения допустимого угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, помимо графиков П.4.15 и П.4.16 (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,8), необходимо также использовать графики П.4.11 и П.4.12, соответствующие условию обводнения прибортового массива Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,5.

2. По графикам П.4.11-П.4.12, П.4.15-П.4.16 определяют, как изложено в пп.2-4 Примера 1, средние значения допустимого угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляется искомое значение допустимого угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.


Пример 3
Определить допустимую высоту борта при угле его наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=32°, угле падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=50° и следующих расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,1 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=15 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=23°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=15° и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,5.

1. Для определения допустимой высоты борта в рассматриваемых условиях необходимо использовать графики П.4.10, П.4.12, построенные при тех же значениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, что исходные расчетные характеристики.

2. По графикам П.4.10, П.4.12 определяют значения комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующие углу наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=32° и углу падения слоев Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=50° (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=18°):

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляют среднее значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее углу трения пород Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=23°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

4. Вычисляют искомое значение допустимой высоты борта:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (м).

Приложение 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ ОТКОСОВ ПРИ ПОЛОГОМ ЗАЛЕГАНИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ


Приложение 5

     
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВЫХ ОТКОСОВ ПРИ ПОЛОГОМ ЗАЛЕГАНИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ ПРИ Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах25°


По результатам расчетов, произведенных методом многоугольника сил для рассматриваемых условий, построены графики зависимости параметров плоского откоса (высоты, угла наклона) при наличии в его основании поверхности ослабления, по которой Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рисунки П.5.1-П.5.8). Графики рассчитаны при условии, что величины напоров подземных вод не превышают отметок поверхности откоса, а сцепление пород вкрест слоистости Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в пять раз превосходит сцепление по поверхностям ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.1

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.2

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.3

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.4

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.5

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.6

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.7

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.5.8

Графики рассчитаны при различных значениях угла падения поверхностей ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (-4; 0; 4; 8°), угла трения по поверхности ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (8; 12°), угла трения пород в массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (20; 26°) и условиях обводнения прибортового массива Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (0; 0,1).
Определение допустимых по условию устойчивости параметров плоского откоса (высота, угол наклона) для конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условий осуществляют методом последовательной интерполяции (экстраполяции) численных значений комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах или угла наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, определяемых по графикам (см. рисунки П.5.1-П.5.8) для значений углов трения Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, а также коэффициента Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, близких по значению к расчетным.
Порядок определения допустимых параметров откоса по графикам П.5.1-П.5.8 рассмотрен на примерах.
Пример 1
Определить допустимую высоту борта с углом наклона Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=35° при угле падения слоев в прибортовом массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2° и следующих расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=1,9 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=5 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=22°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=7° и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0.

1. По графикам П.5.1-П.5.4 для характеристик, близких к заданным значениям, определяют:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. Вычисляют средние значения комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующие заданному значению угла трения по поверхности ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=7:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,


и аналогично

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляют среднее значение комплекса Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, соответствующее исходным расчетным характеристикам:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

4. Вычисляют искомое значение допустимой по условию устойчивости высоты откоса:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (м).


Пример 2
Определить допустимый угол откоса высотой 60 м при условии обводнения прибортового массива - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0,05 и следующих исходных расчетных характеристиках: Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=0°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=2,1 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=8 т/мПравила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=24°; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=8°.

1. Вычисляют значение комплекса, соответствующее исходным расчетным характеристикам:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

2. По графикам, представленным на рисунках П.5.1, П.5.3, П.5.5, П.5.7, определяют значения допустимых углов откоса, соответствующие вычисленным значениям, близким к исходному:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

3. Вычисляют средние значения допустимых углов откоса, соответствующие углу трения пород в массиве Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=24°:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;


Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

4. Вычисляют искомое среднее значение допустимого угла откоса:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Приложение 6. СХЕМА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ КРИВОЛИНЕЙНОСТИ КОНТУРА РАЗРЕЗА В ПЛАНЕ ПРИ НАКЛОННОМ И КРУТОМ ЗАЛЕГАНИИ СЛОЕВ ПОРОД


Приложение 6


При вертикальном залегании слоев при круглой и овальной форме разрезов на некоторых участках слои рассекаются бортом и боковой распор по контактам слоев уменьшается; на этих участках параметры борта принимаются такие же, как для прямолинейного в плане борта.
Границы участков, на которых угол наклона борта круглой формы равен углу наклона прямолинейного в плане борта, определяются следующим образом:

а) со стороны участка, где простирание слоев перпендикулярно простиранию борта, граничное сечение ограничивается углом трения по контактам Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (на рис.П.6.1 граничные сечения для круглого разреза обозначены линиями Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах);

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.6.1. Схема разреза круглой формы, борта которого рассечены вертикально залегающими слоями

б) со стороны участка, где простирание слоев параллельно простиранию борта, граничные сечения проводят через точки пересечения верхней бровки слоем, пересекающим откос в сечении, нормальном к простиранию слоев, на высоте Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - наклонная высота борта) от нижней бровки борта (на рис.П.6.1 этими сечениями будут Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах).
На участках Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол наклона борта определяют по схеме для случая сопряжения двух прямолинейных участков борта закруглением (см. рис.5.4.5).
На участках Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол наклона борта принимается с поправкой за кривизну, равной половине поправки на участках Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
При наклонном и крутом залегании слоев (20°<Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<80°) угол наклона борта разреза круглой или овальной формы определяют в следующем порядке:

а) по главным сечениям Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (рис.П.6.2) угол наклона вычисляют, как для прямолинейного в плане борта плоского профиля;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.6.2. Схема разреза круглой формы в массиве с наклонным и крутым (20°<Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<80°) залеганием слоев пород

б) по вычисленным углам наклона строят верхний контур борта разреза для главных сечений - пунктирный контур на рис.П.6.2;

в) по графику (см. рис.5.4.1) определяют поправку к углу наклона за кривизну борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, она одинакова для всех сечений Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

г) по сечению Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол наклона борта Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах принимают равным:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

д) по сечениям Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол наклона принимают равным:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

е) на участке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол принимают переменным: от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в сечениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах до Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в сечении Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

ж) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах>10° на участке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, ограниченном центральным углом 2Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, угол наклона принимают равным Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; на участках Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол переменный - от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в сечениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах до Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах в сечениях Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

з) при Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<10° на участках Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах угол наклона переменный - от Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах до Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; на участке Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Приложение 7. РАСЧЕТЫ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ В НЕТИПОВЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Приложение 7


В практике ведения открытых горных работ в ряде случаев типовые схемы расчета устойчивости откосов не отражают характер их деформирования. К числу таких наиболее распространенных на разрезах условий относятся несовпадение простирания поверхностей ослабления с простиранием откоса, наличие пересекающихся поверхностей ослабления и т.д. Все встречающиеся в практике нетиповые случаи рассмотреть в Правилах невозможно, поэтому ниже изложены рекомендации по оценке устойчивости откосов в наиболее часто наблюдаемых на разрезах нетиповых горно-геологических условиях.

1. При наличии в массиве согласно падающих диагональных по отношению к откосу поверхностей ослабления характер формирования призмы обрушения находится в зависимости от формы борта в плане (таблица).

Схемы расчета и управление устойчивостью бортов разрезов в нетиповых условиях проявления их деформаций

Характер деформиро-
вания борта

Характеристика откоса и залегания слоев

Расчетная схема

Способ управления устойчивостью

Поворот и отрыв консоли по боковой грани

Участки борта с диагональной слоистостью:

а) прямолинейные;

б) криволинейные

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

1. Снижение высоты откоса

2. Изменение фронта ведения горных работ

3. Подпор внутренними отвалами нависающей части консоли

Сдвиг в массиве с отрывом по боковым граням

Откос при условиях:

а) изменчивая форма залежи;

б) наличие внутренних отвалов;

в) торцевые участки;

г) ослабленные зоны

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

1. Снижение высоты уступов

2. Регулирование длины отработки участков по простиранию


В случае прямолинейных откосов в массиве формируется подрезанная консоль со значительным распространением деформаций по контакту в глубь массива (рис.П.7.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах). Нарушение устойчивости подобной призмы обрушения сопровождается медленным разворотом в плане нависающей консоли при углах откосов на 4-13° положе максимально допустимых до их обрушения с последующим отрывом пород по боковой грани от основного массива и окончательным смещением призмы обрушения в направлении максимальной крутизны поверхности ослабления, не совпадающим с линией падения откоса (угол Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах=90°).

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.7.1. Схемы деформирования откосов


Расчеты устойчивости подобных откосов ведутся с учетом объемного распределения действующих сил, которое весьма существенно зависит от угла встречи Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах контакта с откосом. При выдержанном залегании поверхности ослабления коэффициент запаса устойчивости подрезанной консоли для осушенного борта может быть вычислен по формуле [38]:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (1)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.
При проведении расчетов устойчивости откосов в формулу (1) подставляются различные величины Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах длины призмы обрушения понизу и за окончательное значение коэффициента запаса принимается его минимальная величина.
В случае более сложной формы поверхности ослабления или контура борта расчеты ведутся по ряду профилей в призме возможного обрушения, перпендикулярных плоскости ослабления, с последующим определением по ним известным способом сдвигающих Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и удерживающих Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах сил.
Коэффициент запаса устойчивости нависающей консоли в этом случае определяется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (2)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - расстояние между двумя соседними профилями; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - удерживающие силы по боковой поверхности, определяются по формуле (6).

2. При криволинейной в плане форме борта, несовпадении простирания верхних и нижних уступов, а также при отработке запасов на ограниченных по простиранию участках происходит "принудительный" сдвиг подрезанной диагональной слоистостью консоли с отрывом ее от массива в плоскости под углом к поверхности ослабления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах<90° (рис.П.7.1, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах). Призма обрушения в этом случае смещается по контакту под более пологим углом наклона к горизонту:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. (3)


В расчетах устойчивости подобных откосов учитывается "прижимающее" воздействие активной составляющей сил веса пород на боковую поверхность (рис.П.7.2). Коэффициент запаса устойчивости борта в данном случае определяется по формуле:

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, (4)


где Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - вес породы соответственно в призме давления Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах и упора Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах; Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах,  Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах - площади соответственно наклонной поверхности Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах, основания Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах призмы упора и боковой поверхности Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах;

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах.

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах


Рис.П.7.2. Схемы к расчету устойчивости криволинейных в плане откосов