Материал содержит последовательное методическое описание расчета устойчивости борта карьера по дисциплине «Основы горной геомеханики». Рассматриваются этапы подготовки исходных данных: инженерно-геологическое районирование, определение физико-механических свойств пород, вычисление расчетных характеристик и коэффициента запаса устойчивости. Приведены примеры определения устойчивых углов откосов, построения погашенного борта и поверхности скольжения, а также расчета удерживающих и сдвигающих сил д
Курсовая работа по дисциплине «Основы горной геомеханики» посвящена расчету устойчивости откосов и конструкции погашенного борта карьера. На основе исходных инженерно-геологических данных выполняются расчеты, позволяющие оценить безопасные параметры эксплуатации карьера при конечной глубине открытых горных работ.
Массив горных пород борта карьера рассматривается как неоднородный по мощности и физико-механическим свойствам. На основании инженерно-геологического районирования выделяются участки массива со сходными характеристиками. В рассматриваемом примере борт сложен тремя горизонтальными слоями выдержанной мощности: покрывающими породами (песчано-глинистые отложения), выветрелыми сильнотрещиноватыми скальными породами и свежими средне- или малотрещиноватыми скальными породами. Высота погашенного борта принимается равной глубине карьера, а связь с высотой рабочего уступа устанавливается через число рабочих горизонтов.
Состояние массива характеризуется набором физико-механических свойств: плотностью, удельным весом, углом внутреннего трения, коэффициентом сцепления и коэффициентом структурного ослабления. Для каждого типа пород по результатам исследований задаются плотность, коэффициент сцепления в образце, угол внутреннего трения и при необходимости коэффициент структурного ослабления. На основе этих данных определяются расчетные удельные веса и сцепление в массиве, используемые при последующих расчетах устойчивости откосов.
Расчет выполняется с заданным коэффициентом запаса устойчивости для откосов одиночных уступов. Определяются расчетные показатели для покрывающих, выветрелых и свежих скальных пород. Далее рассчитывается высота щели вертикального отрыва и условная высота откоса. По графическим зависимостям, связывающим приведенный угол внутреннего трения и условную высоту откоса, устанавливаются устойчивые углы откосов для каждого типа пород. Это позволяет задать форму погашенного борта карьера, удовлетворяющую условию устойчивости.
На основе результатов расчетов устойчивых углов для различных высот уступов формируется конструкция погашенного борта. Определяются рациональные отметки расположения берм, разделяющих участки пород. В рассматриваемом варианте бермы размещены на определенных горизонтах, что позволяет разделить покрывающие и выветрелые породы на участки с различными результирующими углами откосов. Проверяется, что фактические углы откосов уступов и участков не превышают рассчитанных устойчивых значений. По графическим построениям измеряется горизонтальное проложение и вычисляется конструктивный угол откоса всего борта.
Для дальнейшего анализа устойчивости определяется ряд средневзвешенных параметров по длине линии скольжения и по вертикальным блокам. Рассчитываются средневзвешенный удельный вес массива, средневзвешенный коэффициент сцепления и средневзвешенный угол внутреннего трения. Для этого строится упрощенная схема линии скольжения, измеряются длины ее участков в разных типах пород и площади в вертикальных блоках. На основе геометрии схемы и распределения пород по блокам определяются средние плотности, нормальные напряжения и итоговые усредненные геомеханические параметры.
Для оценки предельного состояния откоса предварительно рассчитываются высота щели вертикального отрыва и ширина призмы возможного обрушения. На основании этих величин и геометрии борта строится наиболее вероятная линия скольжения. Графическое построение позволяет определить форму поверхности скольжения, проходящей через массив пород, и выделить расчетные блоки, по которым далее выполняется анализ силового взаимодействия.
На чертеже с линией скольжения выделяются вертикальные блоки, для каждого из которых измеряется площадь и длина основания. По известному среднему удельному весу определяется вес горной массы каждого блока. Из точки пересечения наиболее вероятной линии скольжения с откосом проводятся лучи, соответствующие направлению нормальной составляющей к поверхности скольжения. Для каждого блока вычисляются нормальная и касательная составляющие силы тяжести, сила трения и сила сцепления. Полученные значения суммируются вдоль всей линии скольжения для определения полных удерживающих и сдвигающих сил.
Коэффициент запаса устойчивости борта карьера определяется как отношение суммарных удерживающих сил к суммарным сдвигающим силам вдоль поверхности скольжения. При значении коэффициента больше единицы борт считается устойчивым. В представленном расчете коэффициент запаса устойчивости превышает единицу, что позволяет сделать вывод о допустимости принятых параметров погашенного борта карьера и его безопасной эксплуатации при заданной глубине разработки.








































