Геомеханика. Курсовая работа по курсу На тему Расчёт устойчивости бортов карьеров Группа

• Название: Курсовая работа по курсу На тему Расчёт устойчивости бортов карьеров Группа
• Анкор: Геомеханика
• Дата: 01.06.2021
• Размер: 53.62 Kb.
• Имя файла: sasha.docx
• Тип: Курсовая; #212724

^{ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ}

им. И. А. КАРИМОВА

Факультет Инженерной Геологии и Горного Дела

Кафедра: Маркшейдерского дела и геодезии

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу:

На тему: Расчёт устойчивости бортов карьеров

Группа:

Выполнил: __________________

Принял: Морозов В.В.

Ташкент 2021

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

По предмету: «»

Студента группы Студент:

Руководитель: доц. Морозов В.В.

1. Выполнить курсовую работу на тему:

«Расчет устойчивости бортов карьеров (по методам)».

2. Исходные данные, материалы: Отчёты по практике, статьи, Интернет сайты.

3.Руководящие материалы: Методические указания по курсовой работе, справочники, материалы из Интернета, проекты реконструкции и перевооружения горных предприятий.

4. Содержание объяснительной записки:

5. Дополнительные задания и указания: Использовать в работе последние достижения техники и технологии горных работ.

8. Дата выдачи задания:

9. Срок сдачи курсовой работы:

Руководитель проекта: доц. Морозов В.В. ____________________

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1. 
   Основные понятия и термины 4
   
2. 
   Краткая характеристика факторов, влияющих на устойчивость
   

откосов карьеров 6

3. 
   Условия предельного равновесия горных пород 7
   
4. 
   Условие равновесия в несвязных горных породах 8
   
5. 
   Условие равновесия в горных породах, обладающих сцеплением
   

и внутренним трением 9

6. 
   Методы расчета устойчивости откосов горных пород 10
   
7. 
   Выбор коэффициента запаса устойчивости откоса 15
   
8. 
   Определение предельных параметров устойчивых бортов разрезов и уступов в однородном массиве горных пород (при отсутствии неблагоприятно ориентированных естественных поверхностей
   

ослабления)… 18

9. 
   Подготовка исходных данных для расчета устойчивости откоса 23
   

Библиографический список 29

ВВЕДЕНИЕ

Усиленному изучению теоретических основ управления массивом горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом и применению полученных знаний на практике в значительной мере способствует решение задач и примеров по оценке устойчивости откосов бортов карьеров и отвалов.

Материал методических указаний изложен в такой последовательности: основные понятия и термины, используемые при оценке устойчивости откосов, характеристика факторов, влияющих на состояние пород в прибортовом массиве, дается понятие об условиях равновесия пород и о методах расчета устойчивости откосов с рекомендуемыми формулами и способами.

Задания для выполнения студентами расчетов устойчивости откосов соответствуют практическим задачам, возникающим при ведении горных работ на карьерах.

Решение задач и примеров предусматривается как при групповом обучении, так и при самостоятельной работе.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

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. Линии пересечения б.р. с земной поверхностью и дном разреза создают соответственно верхний и нижний контуры.

Деформация горных пород – изменение размеров, формы и объема отдельностей или участков массивов горных пород под действием различных сил, (статических или динамических).

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 расчетов устойчивости откосов переносится на расчетную или потенциальную (наиболее напряженную) поверхность скольжения.

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. Наступает из-за ослабления сил сцепления между отдельными частями массива горных пород.

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.

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.

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.

Прибортовой массив – часть массива горных пород, заключенная между бортом разреза и поверхностью, ограничивающей область возможных микро- подвижек в массиве в период скрытой стадии развития оползня (обрушения). Параметры прибортового массива зависят от прочностных и структурных характеристик горного массива.

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.

Расчетные характеристики – показатели физико-механических свойств горных пород, используемые при расчете устойчивости.

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 между условной поверхностью, проходящей через верхний и нижний контуры разреза, и горизонтальной плоскостью.

Угол откоса уступа – угол в плоскости, нормальной к простиранию уступа, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки уступа, и горизонтальной плоскостью.

Угол откоса яруса отвала – угол в плоскости, нормальной к простиранию откоса отвала, между линией, соединяющей верхнюю и нижнюю бровки яруса отвала, и горизонтальной плоскостью. В большинстве случаев это угол естественного откоса горных пород.

Ширина призмы возможного обрушения – участок земной поверхности или площадки уступа между верхней бровкой и контуром потенциальной поверхности скольжения.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ КАРЬЕРОВ

На устойчивость откосов оказывают влияние многочисленные факторы: геологические, гидрогеологические и горнотехнические, а также климатические условия.

Устойчивость откосов уменьшается с уменьшением характеристик сопротивления сдвигу (сцепления и внутреннего трения), увеличением трещиноватости пород, количества разрывных геологических нарушений.

Образование поверхностей скольжения и их положение в массиве в значительной степени зависит от ориентировки поверхностей ослабления, в том числе слоистости, сланцеватости, тектонической нарушенности; эти факторы зачастую являются решающими при оценке устойчивости откосов.

Существенное влияние на устойчивость откосов также могут оказать во- доносные слои пород (горизонты), водоемы, открытые и подземные водотоки вблизи карьера. Следует иметь в виду, что гидростатическое давление, действующее на поверхность скольжения, уменьшает нормальную составляющую веса пород, что ведет к уменьшению сил трения и, в конечном счете, к снижению степени устойчивости откосов.

Климатические условия района месторождения влияют на выветривание пород, уменьшение их прочности и устойчивости в откосах.

На устойчивость уступов и бортов карьеров оказывают влияние и горно- технические условия: высота бортов и уступов, углы откосов, ширина площадок, конфигурация бортов в плане и в разрезе, подземные горные выработки, способ производства буровзрывных работ и др.

На устойчивость отвалов существенное влияние оказывают угол наклона площадки основания отвала, обводненность пород основания и отвальных масс, технология формирования отвалов.

3. УСЛОВИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД

Особенностью горной породы (как природной среды) является ее значительно меньшая прочность на растяжение, чем на сжатие и на срез. В общем виде горные породы в массиве ряд ученых [2, 9] рекомендует рассматривать как слоистую трещиноватую среду, к которой применимы законы «сыпучей среды».

Определение углов и предельных очертаний откосов горных пород представляет собой частный случай теории предельного равновесия «сыпучей среды».

В массиве откоса карьера условие предельного равновесия по любой площадке имеет вид

 = F(_n),

где и _n– касательные и нормальные напряжения по заданной площадке.

Эта зависимость для любой горной породы характеризуется монотонной кривой АБВ (рис. 1), которая при заданных предельных напряжениях может быть заменена прямой

 = С +f^._n, (3.1)

где С – сцепление в единицах, соответствующих и _n; f – средняя величина коэффициента внутреннего трения на заданном интервале напряжений. В расчетах эта величина обычно заменяется тангенсом угла внутреннего трения: f = tg.

Рис. 1. Общий вид графика сопротивления сдвигу горных пород

Таким образом, основным условием предельного равновесия горных по- род по любой площадке является равенство сдвигающего усилия Т сумме сил трения и сцепления:

Т = f^.N+ С^.S, (3.2)

где N – действующие силы на заданной площадке площадью S.

Разделив действующие на площадке силы на ее площадь, получим условие предельного равновесия в виде

 = f^._n+ С.

4. УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ В НЕСВЯЗНЫХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ

К группе несвязных горных пород относятся пески, гравий, а также неслеживаемые скальные и полускальные породы отвалов. В механическом отношении несвязные горные породы характеризуются только коэффициентом внутреннего трения [5, 8, 9].

На свободной поверхности естественного откоса (рис. 2) частица несвязной породы удерживается под действием силы трения F, уравновешивающей касательную составляющую веса частицы Т:

Т= F, (4.1)

в свою очередь, Т=P^.Sinα, (4.2)

а F=f^.P^.Cosα, (4.3)

откуда tgα =f.

Так как f = tgφ, то получаем

tgα = tgφ или α=φ. (4.4)

Рис. 2. Равновесие в откосе несвязных пород

Равенство (4.4) отражает предельное равновесие «сыпучей среды». Следовательно, угол откоса сыпучей среды не должен превышать угла внутреннего трения этой среды.

5. УСЛОВИЕ РАВНОВЕСИЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ, ОБЛАДАЮЩИХ СЦЕПЛЕНИЕМ И ВНУТРЕННИМ ТРЕНИЕМ

Для определения степени устойчивости откосов связных пород в их массиве необходимо отыскать наиболее слабую поверхность и сравнить удерживающие силы Σ F_iи сдвигающие – Σ Т_i.

Наиболее слабой является поверхность в массиве, по которой действуют силы с наименьшим соотношением Σ F_i / Σ Т_i.

Поверхность в массиве, по которой действуют силы с соотношением

Σ F_i / Σ Т_i = 1, называется предельно напряженной, или поверхностью скольжения, а угол откоса в этом случае является предельным.

Формы поверхностей скольжения и их расположение в массиве зависят от многих факторов, в том числе от слоистости, трещиноватости, разрывных нарушений и элементов их залегания в откосе, механических характеристик пород, величины угла откоса и его высоты.

Объем породы в откосе, заключенный между поверхностью скольжения и поверхностью самого откоса, называется призмой возможного обрушения.

Оценка устойчивости откоса связных пород может быть произведена в следующем порядке:

1. 
   призма возможного обрушения, ограниченная поверхностью откоса и поверхностью скольжения, разбивается вертикальными линиями на ряд полос 1, 2, 3, ... равной ширины а (рис. 3);
   
2. 
   высота полос условно принимается за их вес и раскладывается на касательные – Т_iи нормальные – N_iотносительно поверхности скольжения составляющие;
   
3. 
   все отрезки касательных и нормальных составляющих, измеренные в миллиметрах, суммируют отдельно, а сумму умножают на масштаб векторов Т_iи N_i, который определяется по формуле
   

m = aγ М/1000,

где γ – объемный вес пород; М – знаменатель масштаба, в котором построен чертеж;

4. 
   измеряют длину L расчетной поверхности скольжения АС и составляют соотношение
   

(fm Σ N_i + CL)/ m Σ Т_iΣ1, (5.1)

где f– коэффициент внутреннего трения пород по расчетной поверхности; C–

сила сцепления, приходящаяся на единицу площади расчетной поверхности.

Знаменатель уравнения (5.1) представляет собой сумму сил сдвигающих, а числитель – сумму сил, удерживающих массив по этой поверхности. При этом первое слагаемое числителя является суммой сил трения, а второе слагаемое – суммой сил сцепления.

Если суммы сдвигающих и удерживающих сил равны, то откос находится в предельном состоянии, при котором может начаться сползание или обрушение откоса.



Рис. 3. Равновесие по наиболее слабой поверхности в откосе связных пород

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 
   Единые правила безопасности при разработке месторождений полез- ных ископаемых открытым способом. (ПБ 02-498-02). – М.: ГУП НТЦ «Про- мышленная безопасность», 2003. – 152 с.
   
2. 
   Открытые горные работы: Справочник / К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий и др. – М.: Горное бюро, 1994. – 500 с.
   
3. 
   Методические указания по наблюдениям за деформациями бортов раз- резов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости. – Л.: ВНИМИ, 1987. – 118 с.
   
4. 
   Методические указания по расчету устойчивости и несущей способно- сти отвалов. – Л.: ВНИМИ, 1987. – 127 с.
   
5. 
   Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. –
   

СПб., 1998. – 208 с.

6. 
   Устойчивость бортов на угольных разрезах Дальнего Востока: Учеб. пособие / А.А. Григорьев, В.П. Лушпей, Ю.А. Васянович и др. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. – 116 с.
   
7. 
   Разработка обводненных буроугольных месторождений Дальнего Вос- тока открытым способом / В.П. Лушпей, А.А. Григорьев, Ю.В. Костылев. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, – 2008. – 100 с.
   
8. 
   Федянин А.А., Лесовский Б.Ф. Управление состоянием массива и осу- шение карьерных полей: Учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2002. – 151 с.
   
9. 
   Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. – М.: Недра, 1965. – 378 с.