Разработка обоснованного проекта устойчивого борта карьера (стр. 1 из 3)
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
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
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
| ||||||||||
| 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 массивеС = 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 |
| Сильнотрещиноватые 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.