Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Бланк задания на выполнение работы

Введение

1. Определение углов откосов борта карьера

1.1 Обоснование расчётных параметров (сцепление, коэффициент трения)

1.2 Высота щели вертикального отрыва

1.3 Расчёт угла откоса плоского профиля

1.4 Расчёт угла откоса борта вогнутого профиля

1.5 Расчёт углов откоса выпуклого профиля

1.6 Расчёт угла откоса борта с учётом его конструкции

2. Расчёт притоков воды к карьеру и их осушение

2.1 Расчёт общих водопритоков к карьеру

2.2 Выбор способа осушения и схема расположения дренажных устройств

3. Защита карьера от поверхностных вод

3.1 Определение параметров канавы

3.2 Определение притоков в канаву

3.3 Определение скорости потока воды в канаве

3.4 Пропускная способность канавы

4. Определение устойчивой высоты отвала

4.1 Построение круглоцилиндрической поверхности скольжения

Вывод по работе

Список использованной литературы

карьер откос дренажный скольжение

Бланк задания на выполнение работы

Петрозаводский государственный университет

Кафедра Горного дела

Задание на курсовое проектирование

Группа 21307Номер задания: 6

Тема проекта: геомеханика ОГР.

Исходные данные:

· район карьерного поля: принимать на основе данных РИГ;

· размеры карьера: R= 0,4 км;

· глубина карьера: Н_к = 150 м;

· высота уступа: Н_у = 15 м;

· глубина залегания УПВ: d_w = 115 м;

· характеристика горных пород: №6.

Введение

Данная работа является завершающим этапом изучения дисциплины "Геомеханика ОГР".

Задачи курсовой работы:

· закрепление теоретического материала;

· сопоставление теории и практики при ведении открытых горных работ;

· подготовка к дипломному проектированию.

Пояснительная записка состоит из 4 разделов:

1. В разделе на основании исходной информации производятся расчёты устойчивых углов откоса уступов на момент погашения, а также выбор профилей и расчёт конструктивных углов погашения карьера для двух участков: на борту располагаются транспортные площадки; на борту нет транспортных площадок. Рассмотрены варианты профиля борта: плоский, выпуклый, вогнутый, а также конструктивный угол;

2. В разделе применительно к исходным условиям устанавливается расчётная гидрогеологическая схема. Производится расчёт общих водопритоков к карьеру. Во второй части раздела осуществляется выбор способа осушения и схему расположения дренажных устройств.

3. В разделе определяются максимальные объёмы поверхностных вод, могущих падать в карьер, выбирается схема расположения нагорных канав, приводится гидравлический расчёт канав.

4. В разделе для заданных условий производится расчёт устойчивой высоты отвала при заданном коэффициенте запаса устойчивости.

Графическая часть проекта представлена тремя листами формата А3 и двумя листами формата А2 и включает следующие чертежи:

1. Вогнутый профиль борта карьера;

2. Выпуклый профиль борта карьера;

3. Поперечный разрез карьера;

4. Осушение карьера;

5. Расчёт устойчивой высоты отвала.

1. Определение углов откосов борта карьера

В разделе на основании исходной информации производятся расчеты устойчивых углов откоса уступов на момент погашения, а также выбор профилей и расчет конструктивных углов погашения карьера для двух участков карьеров:

1. на борту располагаются транспортные площадки (нагруженный);

2. на борту нет транспортных площадок (ненагруженный).

· порода: скальная (известняки, доломиты, кварциты, гнейсы, мрамор, сиениты);

· плотность пород: кг/м³;

· угол внутреннего трения:

· сцепление в монолите: кг/м²;

· угол откоса отвала:

· коэффициент запаса устойчивости:

1.1 Обоснование расчётных параметров (сцепление, коэффициент трения)

кг/м²(1.1.1)

кг/м²(1.1.2)

(1.1.3)

Где - коэффициент структурного ослабления; С - сцепление в монолите, кг/м²; - коэффициент запаса устойчивости; - угол внутреннего трения, градусы.

1.2 Высота щели вертикального отрыва

Определяем по формуле:

м(1.2.1)

м

1.3 Расчёт угла откоса плоского профиля

Условную высоту откоса определяем по формуле:

м(1.3.1)

где - глубина карьера, м;

По полученному значению выбираем угол откоса борта, который составляет

1.4 Расчёт угла откоса борта вогнутого профиля

Высоту откоса ниже щели отрыва определяем по формуле:

 м(1.4.1)

Высоту откоса делим на несколько промежуточных глубин (в нашем случае 6) , .Промежуточную глубина выбираем кратной высоте уступа ( в нашем случае 20 м).

Первая промежуточная глубина назначаться ниже отметки (ориентировочно на величину не менее высоты уступа). Последняя промежуточная глубина располагается на расстоянии, большем , отложенном от дна карьера.

Для каждой высоты рассчитываем безразмерную координату по формуле:

(1.4.2)

По значениям и выбирается безразмерная координата ;

После чего производим расчёт истиной координаты по формуле:

(1.4.3)

Полученные координаты откладываем на чертеже и определяем углы откосов по формулам:

(1.4.4)

Полученные значения представляем в виде таблицы:

Таблица №1

			перерасчёт
			28,8	370
			38,1	350
			45,6	320
			62,2	320
			75,4	290
			100,8	280

1.5 Расчёт углов откоса выпуклого профиля

Для определения угла откоса выпуклого профиля от дна карьера откладываем . Оставшуюся часть борта карьера разделяем на несколько промежуточных горизонтов. Промежуточные горизонты для построения будут иметь значенияа отметки и так далее, то есть величины откладываем от дна карьера вверх. Для каждой точки определяем условную высоту откосов по формуле:

(1.5.1)

По значениям и расчётному углу внутреннего трения выбираем приведённое заложение борта карьера .

Истинное значение заложение борта определяем по формуле:

(1.5.2)

Значение углов откосов для выпуклого профиля определяем по формуле:

(1.5.3)

Полученные значения представляем в виде таблицы:

Таблица №2

	2,5	1,35	40,5	410
	3	1,95	58,5	390
	3,5	2,55	76,5	370
	4	3,20	96,0	350
	4,5	3,90	117,0	320
	5	4,60	138,0	300

Построение выпуклого борта производится в масштабе с низу в верх под соответствующим углом или скорректированными заложениями

1.6 Расчёт угла откоса борта с учётом его конструкции

Угол откоса борта карьера с учетом его конструкции определяем для двух условий:

· на нерабочем борту имеются предохранительные и транспортные бермы (конструктивный угол);

· на нерабочем борту карьера располагаются только предохранительные бермы (максимальный угол ).

Расчёт углов производим по выражениям:

, градусы(1.6.1)

, градусы(1.6.2)

гдеколичество уступов на карьере;

глубина карьера, м;

высота го уступа

угол откоса го уступа;

количество уступов с предохранительными бермами;

ширина предохранительной бермы на ом уступе, м (принимается равной м);

количество уступов с транспортными бермами;

ширина транспортной бермы на ом уступе ,м.

т.к. величина угла плоского профиля составляет 44⁰, то необходимость в выполаживании отсутствует.

Фактическую длину трассы рассчитываем по формуле:

м,(1.6.3)

Где Н - глубина карьера, м;

i - уклон съезда, доли;

К_т - коэффициент развития трассы.

м

2. Расчёт притоков воды к карьеру и их осушение

Природно-геологическая схема источников карьерных вод

F1- площадь карьерного поля

Fк- площадь карьера

F2- площадь между нагорной канавой и бортом (откосами карьера)

Fв- площадь депрессионной воронки

2.1 Расчёт общих водопритоков к карьеру

Применительно к исходным условиям устанавливается расчетная гидрогеологическая схема. Используя существующие методы расчета, определяются общие водопритоки к карьеру. Полученные результаты анализируются, и принимается решение о необходимости осушения карьера.

Общие водопритоки Q₀ слагаются из водопритоков за счёт статических запасов воды в осушаемой породе (объём воды в порах и трещинах) в контуре карьера Q_ст и динамических притоков в контуре депрессионной воронки (расход потока подземных вод) Q_д:

, м³/ч. (2.1.1)

Статические запасы воды находятся в пределах контура карьера Q₁ и депрессионной воронки Q₂:

, м³/ч; (2.1.2)

, м³/ч; (2.1.3)

=3,14•550²•40=16622375 м³/ч;

=770 м³/ч;

, м³/ч; (2.1.4)

=2•40•=110 м;

=102 м³/ч;

=770+102=872 м³/ч;

- коэффициент водоотдачи, доли ед.;

Т - срок достижения осушительного эффекта, сут.;

Н - мощность водоносного слоя, м;

К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут.

P - периметр карьера по поверхности, м;

V_кп - объем осушаемой породы, м³/ч;

R - радиус депрессионной воронки, м;

S - величина водопонижения, м;

Динамические притоки слагаются из притоков за счёт инфильтрации атмосферных осадков на площадь карьера (Q₃), депрессионной воронки (Q₄):

, м³/сут.(2.1.5)

, м³/ч,(2.1.6)

=3,14•400•400=502400 м³;

=26 м³/ч;

, м³/ч, (2.1.7)

=0,1 м³/ч;

=26+0,1=26,1м³/ч;

где А - величина (годовых) атмосферных осадков, м/год;

- коэффициент подземного стока, доли;

F_k - площадь карьера понизу, м³;

h₀ - остаточный уровень воды в карьере;

Окончательно по формуле (2.1.1) определим Q₀:

м³/ч.



2.2 Выбор способа осушения и схема расположения дренажных устройств

Количество дрен определим по формуле:

(2.2.1)

гдеQ₀ - общий водоприток к карьеру, м³/ч;

Q_c - приток к одной скважине, м³/ч.

Тогда с учётом диаметра скважины и предварительно подобранного насоса получим:

скважин

Выбор насоса:

При выборе насоса необходимо соблюдать: производительность насоса должна соответствовать притоку воды в ней:

(2.2.2)

Напор насоса определим по формуле:

, м(2.2.3)

где:глубина осушаемого горизонта, м

потери напора в сети, м

, м(2.2.4)

гдечисло секций трубопровода длиной 10 м;

расход воды с одной скважины, м³/ч;

сопротивление одной секции длинной 10 м, м

м

Тогда:

 м

По полученным данным выбираем насос типа ЭЦВ-12-160-65.

3. Защита карьера от поверхностных вод

Часть дождевых (Q_д), ливневых (Q_л) или паводковых вод (Q_п) могут попадать в карьер и изменять условия его работы.

Обводнённость массива может существенно ускорить процесс деформирования бортов карьера, снижает благоприятные условия для работы оборудования, приводит к увеличению потерь полезных ископаемых и снижает качество.

Характер и степень обводнённости месторождения определяется коэффициентом обводнённости:

При обводнённости месторождения (в соответствии с требованиями Единых правил безопасности при разработке МПИ, 2003) должны быть разработаны соответствующие меры по осушению и обеспечению безопасности работ.

В горной практике применяются поверхностный, подземный и комбинированный способы осушения.

Осушение - сложный, дорогостоящий процесс. В сложных инженерно - геологических и гидрогеологических условиях осушения карьерных полей требует до 20% от общих капитальных затрат на разработку и до 15% эксплуатационных затрат. Это обстоятельство диктует горным инженерам необходимость знаний по проведению эффективного способа осушения.

Одним из первых этапов защиты карьера от поверхностных вод должно быть закончено к началу вскрышных работ.

Количество попадающих в карьер поверхностных вод (Q_к) зависит от:

1. геоморфологии (рельефа);

2. уклонов поверхности карьерного поля;

3. конфигурации и уклонов откосов карьера;

4. климатических условий (количество выпадающих осадков и таяния снега);

5. инфильтрационной способности покровных пород (грунтов);

6. условий залегания водоносных горизонтов;

7. наличие или отсутствия заградительного контура;

8. наличия водоёмов (озёр, болот, рек, ручьёв).

3.1 Определение параметров канавы

Ширину канавы по дневной поверхности определим по формуле:

м;(3.1.1)

гдеb - ширина дна канавы, м;

H - высота канавы, м;

- угол откоса канавы.

Так как канаву будем возводить из бетона, то угол целесообразно принять 60⁰.

 м

Смоченный периметр канавы определим по формуле:

, м(3.1.2)

м

Площадь поперечного сечения канавы определим по формуле:

, м²(3.1.3)

м²

Гидравлический радиус определим по формуле:

, м(3.1.4)

м

Определим коэффициент шероховатости стенок канавы:

(3.1.5)

где R - гидравлический радиус, м; - коэффициент, характеризующий материал стенок канавы. В качестве материала стенок канавы принят бетон ( = 0,5), как наиболее прочный и долговечный.

3.2 Определение притоков в канаву

Притоки воды в канаву определяются исходя из определения дождевых (Q_д), ливневых (Q_л) и паводковых вод (Q_п), которые основываются на климатических условиях района расположения карьерного поля:

где A - годовые атмосферные осадки, м / год;

- коэффициент поверхностного стока на площади водосбора, доли;

F_в - площадь водосбора, м²;

N - количество дней в году с дождём;

h_c - количество жидких осадков в году в виде снега, м/год;

- коэффициент простирания ливня;

Т_с - количество дней интенсивного таяния снега;

q_л - интенсивность ливневых осадков, м/ч.



3.3 Определение скорости потока воды в канаве

Скорость воды в канаве определим по формуле:

м/с, при этом .(3.3.1)

м/с2,7 < 6,0 - условие выполняется.

3.4 Пропускная способность канавы

Пропускную способность канавы определим по формуле:

м³/ч,(3.4.1)

при этом должны соблюдаться условие:

, , , при

м³/ч,

проверим условия:

41796 > 93 >466 > 3578 м³/ч,

данное условие выполняется, следовательно размеры нагорной канавы подобраны правильно.

4. Определение устойчивой высоты отвала

Наиболее распространёнными видами деформаций отвалов являются оползни, возникающие, в основном, в результате несоответствия:

· геометрических параметров отвалов (высоты Н, угла откоса );

· несущей способности отвальной массы пород (грунтов);

· несущей способности основания отвала.

Складирование вскрышных пород в отвалы, как правило, производится с углами откосов , превышающими угол внутреннего трения пород (), то есть >. Поэтому в массиве отвала возникают напряжения которые могут привести к деформации бортов отвала (оползням).

Устойчивость отвала обеспечивается ограничением допустимой по условиям прочности высоты отвала (Н_кр), но чрезмерное уменьшение высоты отвала (Н<Н_кр) приводит к увеличению:

1. затрат на переукладку;

2. текущие содержание;

3. строительство путей;

4. увеличению площади изымаемых земель и др.

Поэтому стремятся к тому, чтобы высота отвала (Н) приближалась к максимально допустимой по условию устойчивости высоты отвала (Н_кр), то есть выполнялось условие Н Н_кр.

Построение круглоцилиндрической поверхности скольжения



С учётом коэффициента запаса устойчивости имеем:

кг/м²(4.1.1)

tg_I = tg / 1,2 =0,8(4.1.2)

2,310³т/м³(4.1.3)

Определим глубину трещины вертикального отрыва по формуле:

м(4.1.4)

гдекоэффициент сцепления пород в отвале;

м

Определим ширину призмы обрушения по формуле:

м(4.1.5)

где:высота отвала пород, м;

высота щели вертикального отрыва, м

м

При Н=30 м: м

Далее определяем углы:

(4.1.6)(4.1.7)(4.1.8)

Тогда имеем:

При помощи полученных результатов строим круглоцилиндрическую поверхность скольжения радиусом R=50 м.

Для определения действующих сил (моментов и ) призму возможного обрушения (массив) в контуре вертикальными сечениями разбиваем на n элементарных блоков шириной b, позволяющей пренебречь криволинейностью основания каждого блока и рассмотрим блок как трапецию (высотой h_i, толщиной b₀ = 1,0 м, длиной основания l_i) Высоту h_i измеряем на чертеже.

Массу i - го элементарного блока определяем по формуле:

кг(4.1.9)

Тогда удерживающие силы и моменты определим как:

(4.1.10)

(4.1.11)

гдеn - количество элементарных блоков;

_i - угол наклона основания i - го блока (измеряется на чертеже), градусы;

l_i - длина основания i - го блока (), м

Тогда имеем:

Сдвигающие силы и моменты определим по формулам:

,(4.1.12)

,(4.1.13)

Где а_i - горизонтальное расстояние от блока (центра) до "0" (), м.

Тогда будем иметь:

Коэффициент запаса устойчивости определим как:

(4.1.14)

Исходя из полученного коэффициента запаса устойчивости, окончательно принимаем Н_кр = 30 м

Выводы по работе

На основе выданного задания был выполнен данный курсовой проект. В соответствии с полученными расчётами следуют окончательные результаты по работе:

Список литературы

1. Арсеньтев А.И., Букин Н.Ю., Мироненко В.А. Устойчивость бортов и осушение карьеров. - М: Недра, 1982.

2. Абрамов С.К., Газизов М.С., Костенко В.Н. Защита карьеров от воды. - М: Недра, 1976.

3. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ. - М.: изд. МГГУ, 2003. - 473 с.

4. Оборудование и конструкции для осушительных работ: Каталог справочник. - М.,1971.

5. Руководство по дренажированию карьерных полей. - Л., 1986.

6. Фисенко Г.П., Ревазов М.А. и др. Укрепление откосов в карьерах. - М: Недра, 1976.

7. Шелест А.Т., Беляев В.Л. Геомеханика: Учебное пособие. - Екатеринбург: изд. УГГГА, 2001. - 187 с.

Размещено на Allbest.ru