Управление устойчивости карьерных откосов

4.6. Оценка устойчивости откосов бортов и уступов карьера

Карьер располагается в скальных породах средней крепости (10-14 по Протодьяконову) в зоне вялой многолетней мерзлоты (температура пород минус 0.5-2.5°С). Климат района сухой. Отработка карьера начинается с верхней части локально господствующей высоты. Ожидается незначительная обводненность карьера, особенно в первые десять лет службы.

Расчет устойчивости борта проводился по двум встречным разрезам, проходящим через наиболее глубокую часть карьера. С учетом выполаживания карьера в нижней части, зона наиболее вероятного оползня распространяется до глубины 350м. Расчет коэффициента запаса устойчивости выполнялся методом алгебраического сложения сил.

Объемный вес принят по данным геологических отчетов (2.8т/м 3 ). Угол внутреннего трения и сцепление в массиве (соответственно 36° и 26т/м 2 ) приняты согласно справочным данным для вмещающих пород, причем для учета возможных поверхностей ослабления для сцепления введен понижающий коэффициент 0.5. При рассчитанных значениях коэффициента запаса (1.55 и 1.59) борт будет сохранять устойчивость в течение длительного времени (свыше 50 лет). Возможные нарушения устойчивости борта в будущем на нижних горизонтах карьера могут быть связаны с выходом на нижележащие подмерзлотные воды.

Устойчивость откоса рабочего уступа при заданных значениях свойств пород будет целиком определяться локальными нарушениями и степенью разрушенности в результате взрывных работ. Параметры заоткоски уточняются в результате наблюдений в процессе формирования и эксплуатации уступов.

4.7. Отвалообразование

Внешний отвал располагается на юге от конечного контура карьера.

За период строительства и эксплуатации отвала до 2012 года, из карьера будет направлено 20566.2тыс.м 3 породы в целике и с учетом коэффициента разрыхления 1.25 составляет 25707.5тыс.м 3 .

Принятая система разработки с внешним отвалообразованием, а также топографические особенности месторождения предопределили устройство нагорного отвала вскрышных пород.

В проекте принят бульдозерный способ формирования отвала сверху вниз с применением бульдозера Caterpillar D9T.

Формирование отвала пустой породы должно быть начато со снятия почвенно-растительного слоя для использования его в дальнейшем при рекультивации отвала.

По условиям устойчивости отвал намечено отсыпать двумя ярусами, отметка верха +13м, угол откоса 36º.

Отсыпка вскрышных пород на отвале производится заходками. Длина каждой заходки должна равняться длине фронта непосредственной разгрузки, которая зависит от грузоподъемности самосвала и при использовании автосамосвалов БелАЗ-7547 составляет 30-60м.

Площадка разгрузки имеет поперечный уклон по всему фронту не менее 30, направленный от бровки откоса в глубину отвала. Вся остальная площадь рабочей зоны отвала имеет поперечный уклон от площадки разгрузки к въезду на отвал менее 10. Разгрузка производится автосамосвалами по всему фронту участка разгрузки, длина которого составляет 30-60м, с отступлением в глубину рабочей площадки, но не более чем на 10-12м от предохранительного вала, который создается бульдозером по всей протяженности бровки отвала при планировании разгрузочной площадки. Высота вала принимается в соответствии с требованиями «ЕПБ при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом» п.100, с учетом требований СНиП 2.05.07-91 п. 5.105 и составляет 1.0м (откосы вала имеют уклон 1:1.5). Запрещается наезжать на предохранительный вал при разгрузке.

При отсыпке и формировании предохранительного вала, а также планировке подъездов к нему, расстояние от ножа бульдозера до бровки отвала должно быть не меньше ширины основания вала.

На разгрузочной площадке при одновременной разгрузке нескольких автосамосвалов расстояние между ними должно быть не меньше половины габарита автосамосвала и составляет 1.9м.

Исходя из особенностей расположения и тепловоднофизических свойств грунтов, обустройство площадки отвала целесообразно начинать в октябре- ноябре, когда аккумулирующая емкость водосборов сводится к минимуму.

Вокруг площадки отвала необходимо сохранить естественный дренаж и создать дополнительный дренаж для поверхностного стока вод, направляя их в отстойник овальных вод.

Отвалообразование на горных склонах, как правило, сопровождается деформациями уплотнения (оседания) и скольжения. Деформации оседания не опасны, т.к. они не вызывают обрушения отвала. Деформации скольжения, по мере увеличения высоты отвала, переходят в неуправляемое обрушение отвальных масс. Эксплуатация отвалов должна осуществляется при постоянном маркшейдерском контроле за их деформированием.

Принятые параметры отвала соответствуют условиям предельного равновесия с учетом коэффициента запаса 1.2. Но деформации скольжения могут наступать раньше, чем параметры отвала достигнут предельных значений.

Для предупреждения аварийных ситуаций на отвале должно быть организованно постоянное маркшейдерское наблюдение за состоянием поверхности отвала по мере продвижения фронта отсыпки и определения вертикальной скорости деформации отвала.

При формировании отвала ширина призмы обрушения вертикального откоса после построения поверхности скольжения в откосе отвала составляет 1.96м.

При достижении критической скорости данный участок отвала закрывается, и работы переносятся на резервный. Критическая скорость определяется и устанавливается в процессе наблюдений, но не более 50 см/сутки.

После достижения предельного контура, работы по отсыпке пород на отвале прекращаются, на автодороге, ведущей на отвал, отсыпается вал высотой не более 1 метра и устанавливается знак, запрещающий разгрузку автосамосвалов.

«Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости» (утв. Госгортехнадзором СССР 21.07.1970)

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА
ВНИМИ

Утверждена
Госгортехнадзором СССР
21 июля 1970 г.

Согласовано
Министерством угольной
промышленности СССР
Министерством черной
металлургии СССР
Министерством цветной
металлургии СССР
Министерством химической
промышленности СССР
Министерством промышленности
строительных материалов СССР

ИНСТРУКЦИЯ
ПО НАБЛЮДЕНИЯМ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ БОРТОВ, ОТКОСОВ УСТУПОВ
И ОТВАЛОВ НА КАРЬЕРАХ И РАЗРАБОТКЕ МЕРОПРИЯТИЙ
ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

«Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости» включает весь комплекс маркшейдерских и инженерно-геологических наблюдений, необходимых для решения вопросов по обеспечению устойчивости откосов, и мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости откосов и обеспечению безопасности работ на действующих карьерах.

«Инструкция. » предназначена для горных предприятий, разрабатывающих твердые полезные ископаемые открытым способом.

Развитие горнодобывающей промышленности в СССР сопровождается ростом удельного веса открытого способа разработки полезных ископаемых, который имеет ряд преимуществ перед подземным способом, а именно: более высокая производительность труда, меньшая себестоимость и меньшие потери полезного ископаемого, лучшие и более безопасные условия работы.

Развитие горных разработок открытым способом сопровождается ростом числа карьеров, интенсивности работ на них и увеличением их предельной глубины.

В настоящее время глубина Коркинского угольного карьера превысила 300 м, а в ближайшие годы глубина целого ряда карьеров также превысит 300 м. В проектах значительного числа строящихся и реконструируемых карьеров предусмотрено развитие работ на глубину 500 м и более (Коркинский и Бачатский угольные, Баженовский и Джетыгаринский асбестовые, Сарбайский и Качарский железорудные и ряд других).

Вместе с ростом глубины карьеров также увеличивается срок службы их бортов. В настоящее время средний проектный срок службы карьера уже превышает 30 лет. Характерной чертой современного этапа развития открытой добычи полезных ископаемых является вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными геолого-горнотехническими условиями.

Применение на карьерах мощной высокопроизводительной техники ведет к увеличению параметров элементов горных выработок и к максимальной концентрации работ. В этих условиях вопрос об определении оптимальных углов откосов и обеспечении их устойчивости на открытых разработках приобретает первостепенное значение.

Расчет ожидаемой устойчивости откосов при проектировании базируется, как правило, на весьма приближенном фактическом материале, и поэтому он нуждается в корректировке в процессе строительства и эксплуатации карьеров. Нарушения устойчивости откосов влекут за собой увеличение объемов вскрыши, непроизводительные расходы на дополнительную переэкскавацию, нарушают режим работы на карьерах, вызывают простои и аварии горнотранспортного оборудования и приносят значительный материальный ущерб.

Правильное решение вопросов обеспечения устойчивости откосов на карьерах, своевременное предупреждение возникающих деформаций откосов и корректировка углов откосов в зависимости от изменяющейся горно-геологической обстановки невозможны без постоянного контроля со стороны геолого-маркшейдерской службы горных предприятий за состоянием откосов уступов, бортов и отвалов карьеров.

Со времени издания «Методических указаний по производству маркшейдерских наблюдений за оползневыми явлениями на угольных карьерах», Углетехиздат, М., 1955, прошло более 14 лет. За это время накоплен большой опыт по изучению деформаций бортов и отвалов, исследованию физико-механических свойств и структурных особенностей массива горных пород и их влияния на устойчивость пород в откосах, исследованию особенностей развития различного типа нарушений устойчивости во времени; совершенствовались методы расчета устойчивости откосов и наблюдений за ними.

Вследствие указанного появилась необходимость в разработке «Инструкции по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости».

Весь комплекс работ по обеспечению устойчивости откосов на карьерах состоит из наблюдений за деформациями откосов, расчетов устойчивости, на основе которых устанавливаются их оптимальные параметры, и разработки и осуществления мероприятий по предотвращению нарушений устойчивости откосов.

В настоящей Инструкции освещены комплексные маркшейдерские и инженерно-геологические наблюдения за деформациями откосов на карьерах и основные мероприятия по предотвращению нарушений устойчивости откосов и обеспечению безопасности работ на карьерах.

Вопросы расчетов устойчивости откосов на карьерах и методика установления оптимальных параметров устойчивых бортов карьеров изложены в «Методическом руководстве по определению оптимальных углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров», ВНИМИ, Л., 1971 г., являющемся дополнением к настоящей Инструкции.

При составлении Инструкции учтены замечания Министерства угольной промышленности СССР, Министерства черной металлургии СССР, Министерства промышленности строительных материалов СССР, Министерства цветной металлургии СССР и Министерства химической промышленности СССР, институтов УкрНИИпроект, ИГД МЧМ СССР, ГИГХС, Унипромедь и Свердловского горного института им. В.В. Вахрушева, комбинатов «Челябинскуголь» и «Свердловскуголь», а также Управлений округов Госгортехнадзора СССР: Красноярского, Челябинского, Свердловского, Курско-Белгородского, Восточно-Казахстанского, Северо-Западного и Кузнецкого.

Инструкция по наблюдениям за деформациями откосов на карьерах по обеспечению их устойчивости составлена институтами ВНИМИ (главы 1, 2, 3, 4, 5, 6 и приложения 1 — 17, 21 — 27) и ВИОГЕМ (главы 1, 2, 6 и приложения 1, 18 — 20).

В составлении Инструкции принимали участие: от института ВНИМИ — профессор, докт. техн. наук Г.Л. Фисенко, канд. техн. наук А.М. Мочалов, канд. геол.-мин. наук В.И. Веселков, инженеры Ю.С. Козлов и С.В. Кагермазова; от института ВИОГЕМ — канд. техн. наук А.И. Ильин, канд. техн. наук Ю.М. Николашин и инженер В.П. Будков.

Метод расчета устойчивости бортов карьеров

• Инженерное направление
  • Геодезические работы
    • Контрольно-геодезическая съёмка
    • Геодезический мониторинг
    • Геодезические работы при строительстве дорог
    • Геодезическое сопровождение
    • Исполнительная геодезическая съемка
    • Трассирование линейных объектов
    • Разбивка осей зданий
    • Съемка подземных коммуникаций
    • Фасадная съемка
    • Геодезия участка
    • Подсчёт объёмов земляных масс
    • Геодезический контроль
    • Вынос проекта в натуру
  • Маркшейдерские работы
    • Маркшейдерские наблюдения за сдвижениями горных пород и земной поверхности под влиянием горных работ
    • Маркшейдерские работы при освоении месторождений полезных ископаемых
    • Маркшейдерские работы при строительстве подземных сооружений
    • Маркшейдерский аудит
    • Маркшейдерские съёмки
  • Топографические работы
    • Топографическая съемка местности
    • Определение объемов складирования
    • Геоподоснова земельного участка
    • Подеревная топографическая съёмка
    • Ландшафтная съемка
    • Топографическая съемка для газификации
  • Экологические изыскания
    • Экологическая оценка
    • Экологическое сопровождение
    • Экологический мониторинг производства
    • Инженерно-экологические изыскания почвы
    • Экологическое сопровождение строительства
  • Геологические изыскания
    • Инженерно-геологическая съемка участка
    • Исследования физико-механических свойств грунтов
    • Гидрогеологические исследования
    • Инженерно-геофизические исследования
  • Геотехнические изыскания
  • Бурение скважин
  • Проектирование зданий
    • Проектирование ангаров
    • Проектирование ферм
    • Проектирование складов
  • Обследование зданий
• Научное направление
  • Аналитический отдел
  • Лаборатория геомеханики
  • Лаборатория физико-механических свойств горных пород
  • Научно – технический совет

Цель нашей компании – реализация современных подходов в области научного сопровождения освоения недр Земли отраслевого значения. Инновации в инженерном обеспечении горной промышленности и изысканиях при работах, оказывающих влияния на безопасность объектов капитального строительства.

Постоянный мониторинг за откосами карьеров позволяет предотвратить крупные аварии и сохранить множество рабочих мест. Для того, чтобы контролировать состояние карьерных бортов специалисты решают четыре основных задачи:

Обоснование расчетного метода.

Выбор исходных параметров для проведения расчета.

Разработка и проведение мероприятий, направленных на предупреждение деформации склонов. В него входит также наблюдения за сдвижениями земной поверхности.

Чем обуславливается устойчивость бортов карьера?

Существует большое количество факторов, которые влияют на состояние откосов. Выделяют несколько основных групп:

Геологические факторы. К этой группе относят состав и состояние бортов, свойства пород, которые располагаются на откосах, строение массивов. От данной группы факторов зависит выбор расчетов показатели устойчивости бортов и направленность противодеформационных мероприятий.

Гидрогеологические факторы. Влияние подземных вод оказывает значительное воздействие на весь массив. Некоторые горные породы при постоянном контакте с водой могут изменять свои свойства (выщелачиваться, набухать и так далее). Под воздействием давления часто борта разрушаются и могут оплывать либо поддаваться суффозии.

Технологические факторы. Постоянно производимые работы в карьере сильно влияют на состояние бортов. Неудачно выбранное направление выработки горных пород может привести к деформации массива и его разрушению. При высокой скорости добычи борта постоянно меняют свои границы, благодаря чему в них не успевают развиться реологические и деформационные процессы.

Борта имеют вогнутые, прямолинейные и выпуклые участки, благодаря чему их устойчивость может сильно отличаться. Установлено, что прямолинейные откосы менее устойчивы к деформации, чем борта, состоящие из большого количества изгибов. Расчет устойчивости бортов и уступов карьера необходимо проводить с учетом факторов, влияющих на нее.

Что представляет собой устойчивость откосов карьеров

Под устойчивостью предполагается способность барьера сохранять в течение определенного срока свои свойства и форму. Основной целью исчисления выступает определение наилучшего угла поверхности борта или его высоты при наличии данных об его наклоне. Методы исчисления бортов карьера позволяют устранить оползни и обрушения. Оптимальный показатель угла наклона отвала исчисляется по номограмме, на которой указывается зависимость высоты борта от угла при различных свойствах пород и их устойчивости к сдвигу.

Как происходит расчет устойчивости?

Основным методом вычисления устойчивости карьерных бортов выступает инженерный. Он предполагает расчет предельного равновесия откоса при помощи потенциальных участков скольжения. Одним из распространенных инженерных методов выступает расчет однородного откоса по кругоцилиндрической поверхности сползания. Также существует вариант основанный на расчете по плоской поверхности. Выбор способа зависит от угла падения пород:

Плоскую форму сползания используют в случаях большего угла падения пород нежели угол внутреннего трения. Форма применяется в случаях, когда между породами осуществляется подрезка контактов. Также плоская форма присутствует если происходит подрезка дизъюнктивных нарушений, разломов, которые падают в углубление под углом, имеющим большие показатели, чем угол внутреннего трения.

При однородном либо слоистом построении бортов, а также в иных случаях используют круглоцилиндрическую поверхность.

Поверхность сползания также может строиться на основе данных маркшейдерских данных, которые были получены вследствие тщательного анализа. Во время построения поверхностей сотрудники геодезических компаний проводят инженерно-геологические разрезы с указанием на них всех мельчайших деталей.

Одной из главных причин разрушения откосов выступает большое количество воды в породах. При слишком высоких показателях могут происходить оползни. В первую очередь для предотвращения данных явлений необходимо тщательно продумать прибортовую зону, в которой должны находиться каналы для водоотведения. Канавы производят отвод поверхностной жидкости за пределы карьера. В местах расположения уступов предполагается расположение перепусков, которые ведут к водосборникам. В некоторых случаях может понадобиться бурение водоотводящих скважин. Если все же сползающий клин образовался на борту, то необходимо уменьшить его вес при помощи выполаживания. Данная манипуляция направлена на укрепление склона и может повысить запас устойчивости борта карьера.

Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов 2021 год. Последняя редакция

• Артикул: 00-01036119
• ISBN: 978-5-903086-70-2
• Обложка: Мягкая обложка
• Издательство: ЦЕНТРМАГ (все книги издательства)
• Город: Москва
• Страниц: 88
• Формат: А5 (148×210 мм)
• Год: 2021
• Вес: 103 г
• Серия: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности (все книги серии)
• Приказ Ростехнадзора

Документ продается с актуализацией на дату продажи!
Приказ Ростехнадзора от 13.11.2020 N 439 «Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов»
Настоящие Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов» устанавливают требования промышленной безопасности и безопасного пользования недрами на объектах ведения горных работ открытым способом, направленные на предупреждение аварий, инцидентов, случаев травматизма и обеспечение жизни и здоровья населения в зонах влияния работ, связанных с пользованием недрами.
Правила устанавливают требования к инженерно-геологическому и гидрогеологическому изучению природных и техногенных массивов горных пород, способам и методам расчета устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов, организации систем наблюдений за развитием деформационных процессов, определяют меры по предупреждению неприемлемого риска развития деформационных процессов на всех стадиях проектирования, эксплуатации, технического перевооружения и ликвидации (консервации) карьеров, разрезов и отвалов.

Содержание
Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов»
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов»
I. Область применения
II. Факторы, влияющие на устойчивость бортов, уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
III. Требования к инженерно-геологическому изучению и районированию массива горных пород
IV. Требования к гидрогеологическому изучению массива горных пород
V. Требования к расчету устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
VI. Мониторинг устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
VII. Оценка риска развития деформаций и нарушения устойчивости бортов и уступов, карьеров, разрезов и откосов отвалов
VIII. Управление устойчивостью уступов, бортов карьеров, разрезов и откосов отвалов
Приложение N 1. Инженерно-геологическое изучение и районирование массива горных пород месторождения
Приложение N 2. Гидрогеологическое изучение месторождения
Приложение N 3. Выбор расчетных схем деформирования и оценка устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов
Приложение N 4. Выбор коэффициента запаса устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
Приложение N 5. Инженерно-геологическое изучение условий формирования и оценка устойчивости откосов отвалов
Приложение N 6. Оценка устойчивости бортов и уступов карьеров и разрезов при комбинированной разработке месторождений
Приложение N 7. Оценка физико-механических свойств массива горных пород
Приложение N 8. Мониторинг устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
Приложение N 9. Оценка риска развития деформаций и нарушения устойчивости бортов, уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов
Приложение N 10. Управление устойчивостью бортов карьеров, разрезов и откосов отвалов