Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера
Параметры устойчивости откосов борта карьера и его уступов. Физико-механические свойства массива. Взаимосвязь напряжений и деформаций пород в массиве. Геологические структурные особенности залегания пород, инженерные методы расчета их устойчивости.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.09.2009 |
| Размер файла | 85,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство образования Российской Федерации
Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И. Носова
Факультет горных технологий и транспорта
Кафедра открытой разработки месторождений полезных ископаемых
Курсовая работа
по дисциплине "Основы геомеханики"
по теме: "Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера"
Проверил: доцент, канд. тех. наук
Черчинцева Т.С.
Выполнил: студент группы 0905
Бондарев К.О.
Магнитогорск 2008
Содержание
- Введение
- 1. Условия залегания и физико-механические свойства пород массива
- 1.1 Определение коэффициента структурного ослабления и удельного сцепления пород в массиве
- 1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве
- 1.3 Усреднение физико-механических свойств массива
- 2. Обоснование устойчивого результирующего угла откоса борта карьера
- 2.1 Определение расчетных усредненных свойств массива
- 2.2 Определение проектного угла устойчивого плоского откоса
- Заключение
Введение
Для глубоких карьеров большое экономическое значение имеет максимально возможное увеличение углов откоса борта: снижение на 2-30 ведет к росту общего объема вскрыши на 5-10 млн. м3 на один километр периметра карьера глубиной около 300 м.
С другой стороны, на необоснованно крутых бортах неизбежно развиваются деформации в виде оползней и обрушений. В этом случае на поддержание транспортных коммуникаций в зонах деформаций затрачивается много времени и средств, приходится прибегать к уменьшению размеров взрывных блоков и увеличивать частоту взрывов. Иногда оползневые борта требуют консервации или перепроектирования карьера, что, в свою очередь, ведет к потерям полезного ископаемого, уменьшению размеров карьера в плане, усложнению технологии горных работ.
Из изложенного напрашивается вывод: в конкретных горнотехнических условиях месторождения необходим поиск оптимальных параметров откоса борта и его уступов.
Таким образом, целью геомеханических изысканий является обоснование оптимальных проектных решений, которые обеспечивают, с одной стороны, экономичность производства, с другой - безопасность горных работ.
Геомеханические исследования включают в себя изучение: физико-механических свойств породного массива и изменение их с глубиной; геологических структурных особенностей залегания пород; взаимосвязи напряжений в массиве и деформаций пород в выработках; прогнозирование вероятных деформаций и мероприятия по их предупреждению.
Исходные данные
Рисунок 1 Поперечное сечение месторождения по лежачему боку залежи: А -нижняя бровка проектного борта карьера; Н - высота борта карьера
Таблица 1.
Исходные данные
|
Номер варианта |
1 |
|
|
Глубина карьера, Н, м |
360 |
|
|
Мощность песчано-глинистых отложений, m1, м |
15 |
|
|
Мощность сильнотрещиноватых скальных пород, m2, м |
200 |
|
|
Срок службы карьера, лет |
25 |
Таблица 2.
Физико-механические свойства образцов пород и их структурные особенности в массиве
|
Тип пород и их свойства |
||||
|
Песчано-глинистые отложения |
Сильно трещиноватые скальные |
Средне трещиноватые скальные |
||
|
Удельный вес , МН/м3 |
0,025 |
0,034 |
0,035 |
|
|
Удельное сцепление С0, МПа |
0,03 |
11,4 |
11,6 |
|
|
Угол активного внутреннего трения , град |
21 |
33 |
30 |
|
|
Среднее расстояние между трещинами, , м |
- |
0,24 |
0,5 |
1. Условия залегания и физико-механические свойства пород массива
1.1 Определение коэффициента структурного ослабления и удельного сцепления пород в массиве
Так как свойства пород заданы для образцов пород, их необходимо пересчитать на условия массива.
Удельное сцепление - это прочность породы на сдвиг, то есть минимальное касательное напряжение, при котором происходит смещение одной части породы по отношению к другой.
Интенсивность трещиноватости - это количество трещин, приходящихся на 1 погонный метр массива , где - среднее расстояние между трещинами всех систем, м.
Коэффициент структурного ослабления можно определить эмпирической формулой
,
где а - коэффициент, учитывающий прочность образца (Со) и характер трещиноватости, Н - высота откоса, для которого производятся геомеханические расчеты, м. Глинистые наносы можно считать монолитными, для них Ксо = 0,8 и сцепление их в массиве снижается незначительно.
Степень снижения прочности характеризуется величиной коэффициента структурного ослабления , где С, Со - удельное сцепление пород в массиве и образце соответственно, МПа. Зная Ксо, можно вычислить для всех типов скальных пород их удельное сцепление в массиве
С = Ксо * Со.
Результаты вычислений представлены в таблице 3.
1.2 Обоснование угла внутреннего трения и удельного веса пород в массиве
Угол внутреннего трения пород - это угол предельного равновесия, при котором одна часть породы относительно другой находится в равновесии при полном отсутствии сцепления между этими частями. Для снижения влияния ошибки в расчете сил трения, которая может привести к завышению расчетной устойчивости откоса, принимают величину tg всех типов пород в расчетах на 10% ниже: tg = 0.9 * tg , откуда
= arctg (0.9*tg ).
Удельный вес пород в равной степени оказывает влияние на величину как касательных (разрушающих) сил, так и сил трения, поэтому в расчетах принимается = .
Результаты расчетов свойств пород в массиве занесены в таблицу 3 и в таблицу на схеме.
Таблица 3.
|
в образце |
в массиве |
||||||||||
|
породы |
Со |
|
l |
|
Kсо |
C |
а |
||||
|
Песчано-глинистые отложения |
0,03 |
21 |
0,025 |
- |
- |
0,8 |
0,02 |
0 |
19 |
0,025 |
|
|
Сильно трещиноватые скальные |
11,4 |
33 |
0,034 |
0,24 |
4,17 |
0,04 |
0,49 |
3 |
30,3 |
0,034 |
|
|
Средне трещиноватые скальные |
11,6 |
30 |
0,035 |
0,5 |
2,0 |
0,05 |
0,56 |
3 |
27,5 |
0,035 |
1.3 Усреднение физико-механических свойств массива
Из т. А (нижняя бровка откоса) проводим линию плоского откоса АВ под углом к горизонтали . Дугу линии скольжения проводят следующим образом: от верхней бровки откоса В отмеряют 0,25*Н - 0,25* 360 = 90 м, по верхней площадке (т. С). Из конца этого отрезка проводят луч под углом сдвига наиболее прочных пород массива к вертикали, или 300. Из нижней бровки проводят луч под тем же углом к откосу. Пересечение перпендикуляров, восстановленных к этим лучам в т. А и В, указывает центр дуги линии скольжения. Призма САВ является участком усреднения свойств пород.
Усредненная величина удельного сцепления
,
где С1. .3 - удельное сцепление пород, l1. .3 - длина участков линии скольжения:
По схеме находим: l1 =24 м, l2 = 200 м, l3 = 350 м
Тогда =0,51 МПа
Усредненный удельный вес пород
,
где - удельный вес пород всех типов, m1,2,3 - вертикальная мощность пластов пород всех типов:
Средний по блоку удельный вес определяется как средневзвешенный в соответствии с долевым участием разных типов пород
,
где S1,2,3 - площадь блока, занимаемая различными породами, Si - общая площадь i-го вертикального блока.
0,025 мН/м3
= 0,033 мН/м3
0,0345 мН/м3
Величина нормального напряжения , где - средний по i-му вертикальному блоку удельный вес пород, МН/м3, hi - высота i-го блока, м, - угол между направлением и вертикалью.
= 0,025 * 14 * cos2 52є = 0,13 мН/м2
= 0,033 * 128 * cos2 45є = 2,11 мН/м2
= 0,0345 * 130 * cos2 25є = 3,68 мН/м2
Усредненный угол внутреннего трения
= 28,3є
Результаты расчетов усредненных показателей заносим в таблицу на схеме.
2. Обоснование устойчивого результирующего угла откоса борта карьера
2.1 Определение расчетных усредненных свойств массива
Коэффициент запаса устойчивости - это величина, показывающая относительное превышение прочности массива по сравнению со сдвигающимися напряжениями. Для карьеров со сроком службы до 25 лет можно принять Кзу=1,3, более 25 лет - Кзу =1,4.
По условию срок службы карьера 25 лет, значит, Кзу = 1,3.
Для определения угла откоса борта с заданным запасом используют известную зависимость H = f (a), где Н - высота откоса, а = его угол, Кзу = 1.
Параметры определим по расчетным механическим свойствам:
= 0,51/1,3 = 0,39 МПа
= arctg (tg 28,3є / 1,3) = 22,5є
Расчетная высота вертикального обнажения пород:
= (2*0,39/0,034) *ctg (45є - (22,5є /2)) = 34 м
H' = Н / Н90 (р) = 360/35 = 10,59
2.2 Определение проектного угла устойчивого плоского откоса
По величине H' и на графике Фисенко определяем угол устойчивого откоса =35є.
На схеме поперечного сечения месторождения строим результирующую линию устойчивого откоса борта под углом .
3. Построение наиболее вероятной линии скольжения в проектном борту
Это теоретически обоснованное положение поперечного сечения поверхности, по которой деформация сдвига пород откоса вероятна в наибольшей степени, то есть расчетная величина коэффициента запаса устойчивости по ней является минимальной.
Определим фактическую высоту вертикального обнажения усредненных пород массива
= = 50 м
На глубине Н90 от верхней площадки борта проводим горизонтальную линию.
Из верхней бровки откоса опустим вертикальный луч, который является линией направления наибольшего главного напряжения в точке а, из которой проводят луч под углом сдвига = 45є - 28,3є/2 = 30,85є к вертикали. Этот угол является постоянной величиной, определяющей в каждой точке массива направление касательных напряжений (сдвига) по отношению к направлению наибольших главных напряжений.
Средний угол наклона дуги линии скольжения
= (35+28,3) /2= =31,65є.
Вертикаль из т. d показывает вероятное положение трещины отрыва при деформации откоса. Размер площадки fc называют шириной призмы скольжения.
4. Расчет общей устойчивости проектного плоского откоса борта
Использование усредненных свойств пород в расчетах обуславливает значительные ошибки в определении угла откоса с заданными Кзу. Поэтому требуется проверка проектного откоса по условию его устойчивости.
Для откосов, сложенных разнопрочными породами, для расчета величины коэффициента запаса устойчивости обычно используют "метод алгебраического сложения сил".
Расчет сил в блоках выполнен по формулам:
Таблица 4.
Расчет сил по линии скольжения
|
Номер блока i |
Ширина В, м |
Высота h, м |
Удельный вес пород г, мН/м3 |
Сила тяжести Р, мН |
Угол сдвига в, град |
Касательная сила Т, мН |
Нормальная сила N, мН |
Угол внутреннего трения ц, град |
Сила трения Fт, мН |
Удельное сцепление С, МПа |
Длина основания блока L, м |
Сила сцепления Fс, мН |
|
|
1 |
50 |
50 |
0,034 |
85 |
48 |
63,2 |
56,9 |
30,3 |
33,2 |
0,49 |
76 |
37,2 |
|
|
2 |
51 |
70 |
0,034 |
121,4 |
47 |
88,8 |
82,8 |
30,3 |
48,4 |
0,49 |
72 |
35,3 |
|
|
3 |
50 |
82 |
0,034 |
139,4 |
40 |
89,6 |
106,8 |
30,3 |
62,4 |
0,49 |
66 |
32,3 |
|
|
4 |
52 |
88 |
0,035 |
160,0 |
37 |
96,4 |
127,9 |
27,5 |
66,6 |
0,56 |
65 |
36,4 |
|
|
5 |
50 |
89 |
0,035 |
155,8 |
33 |
84,9 |
130,7 |
27,5 |
68,0 |
0,56 |
60 |
33,6 |
|
|
6 |
50 |
83 |
0,035 |
145,3 |
25 |
61,4 |
131,7 |
27,5 |
68,6 |
0,56 |
57 |
31,9 |
|
|
7 |
51 |
71 |
0,035 |
126,7 |
22 |
47,5 |
117,5 |
27,5 |
61,2 |
0,56 |
55 |
30,8 |
|
|
8 |
52 |
55 |
0,035 |
100,1 |
19 |
32,6 |
94,6 |
27,5 |
49,2 |
0,56 |
55 |
30,8 |
|
|
9 |
51 |
37 |
0,035 |
66,0 |
15 |
17,1 |
63,8 |
27,5 |
33,2 |
0,56 |
53 |
29,7 |
|
|
10 |
50 |
27 |
0,035 |
47,3 |
11 |
9 |
46,4 |
27,5 |
24,2 |
0,56 |
51 |
28,6 |
|
|
Сумма сил |
- |
- |
- |
- |
- |
590,5 |
515,0 |
326,6 |
Коэффициент запаса устойчивости
, где -
удерживающие силы: сумма сил трения и сумма сил сцепления соответственно, - сдвигающие силы: сумма касательных сил, МН.
= = 1,43
Принятый проектный угол откоса борта удовлетворяет условию устойчивости откоса с усредненными свойствами пород.
5. Расчет местной устойчивости проектного откоса из глинистых пород
Прочность усредненных пород значительно выше прочности пород наносов, поэтому часть откоса принадлежащая слабым породам, требует проверки его устойчивости и соответствующей корректировки борта.
Расчет коэффициента запаса местной устойчивости этой части откоса можно выполнить методом "касательных напряжений".
= = 2,2 м
= 45є - 19є/2 = 35,5є
= (35+19) /2= =27є.
Вычертим схему поперечного сечения части откоса по глинистым наносам в масштабе 1: 200 или 1: 500, построим наиболее вероятную линию скольжения, используя свойства глинистых наносов и высоту, равную их вертикальной мощности m1. Наметим равномерно расположенные расчетные точки линии скольжения 0,1,. .6. и рассчитаем для каждой точки:
Касательные напряжения
Сопротивление пород сдвигу
Все результаты замеров и расчетов заносим в таблицу 5.
Таблица 5
Касательные напряжения и сопротивление сдвигу
|
номер расчетной точки |
высота пород над точкой h, м |
угол сдвига в, град |
сопротивление пород сдвигу, МПа |
касательные напряжения, МПа |
|
|
0 |
0 |
4 |
0,02 |
0,00 |
|
|
1 |
3,2 |
12 |
0,046 |
0,016 |
|
|
2 |
5,2 |
24 |
0,057 |
0,048 |
|
|
3 |
6,0 |
37 |
0,053 |
0,072 |
|
|
4 |
5,8 |
46 |
0,044 |
0,073 |
|
|
5 |
3,5 |
55 |
0,03 |
0,041 |
|
|
6 |
2,2 |
90 |
0,02 |
0,00 |
Строим координатную сетку, у которой горизонтальной осью служит развертка линии скольжения, вертикальная - ось касательных напряжений, и эпюры и по полученным результатам (таб.5).
Замеряем площади построенных эпюр и определяем коэффициент запаса устойчивости = 60,9/63,1 = 0,97
Если расчетный Кзу <1.5, то следует уменьшить угол откоса на песчано-глинистых породах.
Принимаем Кзу = 1.5
= = 1,3 м
= arctg (tg 19є / 1,5) = 12,9є
= 0,02/1,5 = 0,013 МПа
Относительная высота откоса:
H'гл = Нгл / Нгл90 (р) = 15/1,3 = 11,5
По величине H'гл и цргл определяем угол бгл = 20є по графику Фисенко - зависимости между высотой и углом плоского откоса.
В соответствии с полученными результатами отстраиваем верхнюю часть борта карьера под углом на общей схеме.
В результате всех предыдущих расчетов и построений получаем результирующую линию откоса борта. Полный проект борта по заданному разрезу необходимо отстроить с конструктивными элементами: уступами и горизонтальными площадками.
Заключение
В ходе выполнения данной работы были проведены геомеханические исследования, включающие в себя изучение физико-механических свойств массива; взаимосвязь напряжений и деформаций пород в массиве; геологические структурные особенности залегания пород. А также были рассмотрены некоторые инженерные методы расчета устойчивости пород.
В результате были обоснованы параметры устойчивости откосов борта карьера и его уступов.
Подобные документы
Определение углов откосов борта карьера и высоты щели вертикального отрыва. Вычисление угла откоса борта вогнутого, плоского и выпуклого профиля. Схема расположения дренажных устройств карьера. Построение круглоцилиндрической поверхности скольжения.
курсовая работа [937,6 K], добавлен 05.10.2012Определение граничного коэффициента вскрыши и конечной глубины карьера. Обоснование устойчивого угла наклона борта карьера по методике ВНИМИ. Отстройка борта с горизонтальным расположением предохранительных берм. Календарный план и режим горных работ.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 02.08.2016Разработка угольных месторождений. Факторы, влияющие на параметры процесса их сдвижения: вынимаемая мощность пласта, глубина горных разработок и угол падения пород, строение горного массива и физико-механические свойства пород, геологические нарушения.
контрольная работа [65,8 K], добавлен 15.12.2013Особенности оценки напряженно–деформированного состояния массива в многолетних мерзлых породах в зависимости от теплового режима выработки. Оценка видов действующих деформаций. Расчет распределения полных напряжений в массиве пород вокруг выработки.
контрольная работа [47,6 K], добавлен 14.12.2010Научное и практическое значение изучения напряженного состояния земной коры. Напряжения и деформации в упругой и пластической области деформирования. Сущность теории прочностей и понятие сжимаемости пород. Измерение природных напряжений в массиве пород.
реферат [1,7 M], добавлен 29.05.2012Особенности открытого способа разработки полезных ископаемых по сравнению с подземным. Выбор и обоснование рабочих и нерабочих углов откосов уступов и бортов карьера. Горно-геометрический анализ карьерного поля с уточнением запасов ископаемого и пород.
курсовая работа [129,0 K], добавлен 23.06.2011Исторический образ, обзор первобытной обработки камня. Залегания горных пород и их внешний вид. Структура, текстура горных пород Южного Урала. Способы и оборудование для механической обработки природного камня. Физико-механические свойства горных пород.
курсовая работа [66,9 K], добавлен 26.03.2011Физико-механические свойства горных пород. Анализ горных работ, границы карьера. Система разработки, её параметры. Вредные производственные факторы. Разработка альтернативных вариантов развития участка "Северный" с учетом дефицита отвальных емкостей.
дипломная работа [232,2 K], добавлен 17.06.2012Горно-геометрический анализ карьерного поля с уточнением запасов полезного ископаемого и вскрышных пород. Производительность бульдозера, вскрышного и добычного экскаваторов. Выбор и обоснование рабочих и нерабочих углов откосов уступов и бортов карьера.
курсовая работа [454,7 K], добавлен 08.01.2013Физико-географические, геологические и гидрогеологические условия территории строительства. Физико-механические свойства грунтов в зоне влияния участка. Расчет устойчивости откосов, крена и осадки свайного фундамента. Определение несущей способности свай.
курсовая работа [538,3 K], добавлен 06.02.2014
