автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка технологии формирования устойчивых откосов бульдозерных отвалов из пород с различными физико-техническими свойствами

КАЗАХОМ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОЖГЕХНИЧЕСКШ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И .ЛЕНИНА

На правах рукописи Уда 622.271:693.2(043.3)

ГАШШ Роберт Мухтарович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВЫХ ОТКОООВ БУЛЬДОЗЕРНЫХ ОТВАЛОВ ИЗ ПОГОД С РАЗЛИЧНЫМИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.15.03 -Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алма-Ата 1991

Работа выполнена в Магнитогорском ордена Трудового Красного Знамени горно-металлургическом институте имени Г.й.Носова.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор ПОПОВ С.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЗОТЕЕВ В.Г. кандидат технически*: наук, доцент КАЛЫБЕКОЗ Т.

Ведущая организация - Башкирский ордена Трудового

Красного Знамени медно-серный комбинат

Защита состоится " / т " н^ 1991 г. в час. в

ауд.301 НК на заседании специализированного совета KD58.03.05 в Казахском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им.В.И.Ленина по адресу; 460013, г.Алма-Лта, ул.Сатпаева

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КаэЛТИ.

Автореферат разослан " 1991

Ученый секретарь специализированного совета, кшщидат технических наук, доцент

(ШШ ю.н

. , . • ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы открытым способом разрабатывалось 14 млрд.т горной массы в год, а в будущем ее добыча соста-1ИТ 25-26 млрд.т. Значительная часть объема горной массы размещается ю внешних отвалах. Площади отвалов в структуре нарушаемых земель, ;ак правило, в 1,2-1,5 раза превышают площади, занимаете горними su-иботками, и составляют 36-48 % от обс;сй площади нарушенных земель.

Дальнейшее расширение добычи полезных ископаемых открытым способом связано с увеличением размеров карьеров, ростом объемов вскрышных юрод с различными физико-техническими свойствами и приводит к зна-гательному увеличении площадей, занимаемых породными отвалами. Ьэтому реаение вопросов, связанных с увеличением вместимости бульдо-¡ерных отвалов на поверхности со сложным рельефом, конфигурацией и 'граничекнымн размерами в плане, является одной из актуальных научно-•ехнических задач.

Целью -работы является разработка технологии формирования буль-(озерных отвалов из пород с различными физико-техническими свойстве-го, основанной на управлении их устойчивость!) и обеспечении максн-гальной вместимости.

Идея работы заключается в управлении устойчивостью бульдозерных »твалов путем формирования необходимой прочности массива пород в зою концентрации максимальных касательных непряжений и изменения гео-(етрии откоса в процессе отвалообразования.

Научные положения работы:

1. Достижение максимальной удельной вместимости отвалов обеспе-твается оптимальным соотношением мевду высотой и углом откоса, кото хэо зависит от прочностных свойств пород массива отвала и основания, ¡го площади и формы, рельефа местности.

2. Управление устойчивостью отвалов, возводимых из пород с раз-(ичныыи физико-техническими свойствами, осуществляется применением технологии отвалообразования, учитывающей режим выемки прочных пород i их размещение в зоне концентрации мансималыых касательных напряжений.

3. Использование технологии формирования отвалов из пород с вышкой степень» изменчивости прочностных свойств в рэяиме предельного равновесия создает условия для достижения максимальных высоты и угл« устойчивого откоса.

4. Применение технологии формирования одноярусных отвалов, •ргдусматрнваюцсй отсышу опережающих насыпей пе р пе нди к у л ярно фронту отвальных работ, позволяет увеличить высоту отвала и его вместимость.

Научная новизна:

~ установлена взаимосвязь оптимальных параметров отвала, его максимальной вместимости от горно-технических условий отвалообра-зования;

- получены аналитические зависимости оценки устойчивости отвала с послойным складированием пород, опережающими насыпями, упоркы-ыи заглубленными призмами с учетом прочности пород на контакте с основанием и рельефа местности;

- разработана методика прогноза технологических параметров отвалов, формируем« из пород с различными физико-техническими свойст-сами;

- обоснована область применения различных технологических схем отвалообразования, учитывающих режим выемки пород в карьере.

Достоверность научнкх положений, выводов и рекомендаций подтверждается теоретическими и окспериментальными исследованиями в промышленных и лабораторных условиях, методами математического моделирования, статистической обработкой опытных данных, использованием графоаналитических методов расчета и средств вычислительной техники Объем экспериментальные данных обеспечивает их шсбходгс.!ув достоверность. Результаты теоретических исследований подтверждается удовлетворительным совпадением с даннши натурных наблюдений с погрешност: не превышающей I? %.

Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении закономерности изменения вместимости отвала от горно-технических условий отвалообразования, зависимости устойчивости откоса от структуры и формы приоткосиой части отвала и технологии складирования город с различными физико-техническими свойствами.

Практическая ценность работы состоит в разработке методики опр< долепил оптимальных параметров отвалов, создании новых технологичос ких способов формирования отвалов из пород различной прочности, основанных на управлении устойчивостью откосов и обеспечивеюцих макси-

м&чьнуп ВМЕСТИМОСТЬ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Методика определения параметров и технология возведения отвалов с упорными заглубленными призмами, отвалообразованиз с установлением предела устойчивости от косой, укрепчеиие их опережающими насыпями, рациональные контуры

земельного отвода использованы институтом Унипромедь при соетавле-1ии проектов отвалообразования и реализованы на Училинском ГОКе,что изволило увеличить вместимость отвала более чей в 2 раза. Фактичес-шй годовой экономический эффект от внедрения результатов ксследова-0!Я составил 218,4 тыс.руб.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались ! обсуядались на ежегодных научно-технических конференциях МГМИ I974-I99I гг.), семинаре "Совершенствование методов организации «емки пород вскрыли и их комплексное использование иа глубоких ¡арьерах" (г.Киев, 1980 г.), УП н X Всесоюзных научных конференциях !УЗов с участием научно-исследовательских институтов (г.Москва, МГЦ. .981 и 1991 гг.), конференции "Технический прогресс на открытых гор-ых работах Кузбасса" (г.Кемерово, 1984 г.), научно-технических сортах института Унипромедь (г.Свердловск, I98I-I990 гг.), техничес-их советах Учалинского ГОКа (1979-1990 гг.), Всесоюзном совещании Техника и технология отвалообразования и устойчивость отвалов арьеров" (г.Москва, ИПКОН АН СССР, 1907 г.). Технология возведения твалов увеличенной емкости экспонировалась на ВДНХ СССР в 1987 году была отмечена бронзовой медалью.

Публикации., Основное содержание диссертации отражено в 16 пвчат-ых работах, в том числе в трех авторских свидетельствах иа изобре-ения.

Структура и объем рзбстц. Диссертация состоит из введения, 4 азделов, заключения, списка использованных источников из 117 наиме-ований. Работа содержит 134 страницы машинописного текста, 12 таблиц, Э рисунков и 13 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблемам рационального размещения вскрышных пород.определения араме^ров отвалов, обеспечения устойчивости откосов, технологии >рмнроваш1я отвалов посвщены труды академиков Н.В.Мельникова, .В.РжевскОго, профессоров, докторов техн.наук А.И.Арсентьева, .Л.Галустьяна, А.М.Демина, В.Г.Зотеева, П.Э.Зуркова, М.Г.Новожилова, .А.Падукова, П.Н.Пашкова, М.Е.Пэвэнера, И.И.Попова, С.И.Попова, ■А.Реваэова, П.И.Русского, В.Т.Сапожникова, П.И.Томакова, О.И.Турин->ва, Г.Д.Фисенко, В.С.Хохрякова, А.Г.Юапаря, кандидатов технических iyK Ц.Х.Абегяна, Ю.С.Козлова, О.В.Крячко, А.М.Мочалова, В.Н.Хашина, .И.Шуюкиной и др. Разработанные ими научные и практические положе-ш являются основой дальнейших исследований. Вместе с тем анализ 1тературы н практики отвалообразования показал, что существует ряд

вопросов, которые не нашли достаточного решения и требуют дальнейши исследований. Не в полной мере изучены и определены связи мевду параметрами отвала и горно-техническими условия.!!! отвалообразовакия, требуют дальнейшего развития вопросы формирования прочностных свойс массива пород отвала и управления их состоянием, недостаточно внима пая уделено разработке технологии складирования в один отвал пород с различными физико-техническими свойствами, способствующей досгике нии максимальной вместимости отвалов и снижению ¡гх землеемсости.

В соответствии с вышеизложенным в работе поставлены следующие задачи:

- совершенствование методов оценки устойчивости отвалов с кеод: нородной структурой и слоеной геометрией откоса;

- исследование структурных особенностей и физико-технических свойств массива пород отвала при валовой и селективной технологиях отвалообразования;

- установление взаимосвязи физико-технических свойств складируема пород, площади и формы отвода, рельефа местности с параметр; ми отвала и разработка методики определения их оптимальных значени!

- разработка технологии отвшгообразования пород с различными физико-техническими свойствами во взаимосвязи с режимом их вкеюш ! карьере, позволяющей управлять состоянием и параметрами откоса и обеспечивающей максимальную вместимость отвалов при минимальной землеемкости;

- разработка практических рекомендаций и реализация их при от валообразовании пород с различными физико-техническими свойствами.

Для оценки устойчивости и определения параметров откоса разра ботана методика расчета, учитывающая разнородность пород отвала и пород, размещаемых на контакте с основанием, а также угол наклона основания (рис»1). Коэффициент запаса устойчивости определяется ка

П =

, где Туд , Ту е- соответственно удерживающие и сдвигающие силы, кН.

* (* V + м ) ]+

- * (V ** )* (1% (V )-

Рис . I. Схема к расчету устойчивости отвела

г 1 \ *д юг{ 1 й- Л а(хгА-хЩ

V* о\м т )УГ*т? Л [ш [ 3

нл^-ю-т-ю, Х-У I . --+ —--> ,

(I)

(2)

где ¡¡~, С? , С - соответственно плотность, т/мэ, угол внутреннего трения, град , сцепление, МПа,пород отвала; с - соответственно угол внутреннего трения, град , сцепление, МПа,пород на контакта отвала с основанием; м = сЛ? с/о , /??« Ыдр - коэффициенты заложения откоса и основания отпала; Ыа , уС - соответственно угол откоса и угол наклона основания, град ; а , 6 - текущие координаты центра вращения прими обрушения, ы; Н - радиус дуги поверхности скольжения, ы; ХА "МН0- горизонтальное пролоаениэ откоса, м; Н0 - высота откоса, м; абсцисса точки встречи кругдоцилшщрической поверхности скольжения с прямолинейной, м»

X . т [{6-ат)*л/я2(!+™у(а-ёт)?\

Ц~ХА-а; 2> = уо- Ъ^х-а, Р^^Г)

Разработанная методика посволяет производить шоговариантные расчеты и устаназлиаать зависимости между высотой и углом откоса rrps различных значениях коэффициента sanaca устойчивости, физико-техни-чоских свойствах пород отвала и основания, структуры откоса и технологии отпалообразоаания. Взаимосвязь высоты и угла устойчивого откоса аппроксимируется формулой

гze PhÍ - эмпирические коэффициенты, зависящие от горно-технических условий отвалообразования.

С покоим разработанной методики проанализировано влияние параметров откоса и прочности пород на вел^ыу удерживавших к сдвигающих сил и их соотношение. Установлено, что наиболее действенным фактором управления устойчивостью является угол откоса - незначительно« его снижение приводит к существенному росту удерхявагацих сил и коэффициента запаса устойчивости. Также определены области п пркоткосно! части отвала, где изменения прочности пород оказывает наибольшее вл! яние ш устойчивость и параметры откоса. В верхней его части силы, дойстяус-^5Ю по нормали к элементарным плоцадкаы скольжения малы и поэтому какие-либо изменения: коэффициента трения лоред в этой области не могут вызвать значительного перераспределения напряжений и наибольшие изшнения удерживаюсцих сил возмошы в килюй части откоса, в зоне концентрации максимальных касательных напряжений. Здесь изменение угла внутреннего трения пород с 16° до 20° у отвала с высотой 60 м и утлой откоса 20° приводит к увеличение удертизаяахих сил на 3090 кН (сдвигающие усилия, при этем измоншгея всего на 260 кК) и росту коэффициента ¡запаса устойчивости с 1,15 до 1,31. Такта устают лено, что степень влияния прогеюств пород на параметры откоса завис! от соотношения медду высотой и углоя откоса. Так,высота относительна пологих откосов низкопрочных пород в большей степени зависит от про' ности пород ш контакте отвала с основанием, чем при крутых угл:г откоса.

Прочность массива пород отвала формируется искусственно, в про' цессе отвалообразования и зависит от состава вскрышных пород, образующих отвальнув породнутз смесь, режима выемки и способа складирования. Влияние различных способов отвалообразования (валового и раздельного) на сдвиговые характеристики рассмотрено на примере отвалы снеси, состоящей из песчано-глинистых и скальных пород. Исследовали* породные смеси, соответствующие способам отвалообразования: валовый тщательно перемешанные в определенной пропорции скальные i* песчано-глинистые породы; раздельный - скальные и песчано-глннистые порода

ш перемешивались и для испытаний закладывались .в срезнуч обойму здвигового прибора раздельно.

В результате установлено, что при валовой схеме отсыпки приманивание скальных пород п объеме до 30 % практически не оказывает упрочняющего влияния на смесь, и наибольшей высоты отвал достигает три содержании скальных пород свыше 80 %.

При раздельной отсыпке песчано-глинистых и скальных пород срав-штельно небольшие объемы последних приводят к существенному измене-шп сопротивления сдвигу. Это сопротивление тем выше, чем больше на-■рузка на этот объем. Так,при нормальном напряжении 0,6 МПа и содержании в смеси скальных пород объемом 30$ сопротивление сдвигу по :равнениг> с песчано-глинисдами породами увеличивается почти в 2 раза.

Выбор технологии отвалообраэованта необходимо производить с четом режима выемки мягких и скальных пород.В зависимости от соот-ошения текущих объемов мягких и скальных пород при разработке есторолэдения могло выделить четыре периода: I - производится выема только мягких (песчано-глинистых) пород; 11- разрабатывается пре-мущественно мягкие породы; Ш - разрабатывается преимущественно кальные породы;1У - разрабатывается только скальные породы.

Для I периода работ в карьере раараоотаны две технологические хемы складирования пород о изменяющейся геометрией откоса в провесе отвалообразования: формирование отвалов в режиме предельного звновесия и с отсыпкой опережающих насыпей.

Технология формирования отвалов а режиме предельного равновесия рис.2) заключается в постепенном увеличении призмы активного давле-4Я объемами пород л V, , л ^ и доведении откоса до предельно устой-1вого состояния. Информацией о наступлении такого состояния и ш-зходе откоса в неустойчивое являптся признаки оползневых деформаций )браэование системы трещин,ориентированных вдоль откоса, наличие зосадоч, заметных и возраставших во времени).При их возникновении ¡боты в верхней зоне отвала прекращаются и производится пригрузка иней упорной части отвала объемами порода^ , л Ч, и д^.Применение ■ой технологии обусловлено высокой степень») изменчивости прочностых юйств песчано-глинистых пород,а также погрешностью их определения, •о вызывает необходимость введения завышенного коэффициента запаса тойчивости Г) .Завышенный коэффициент снижает высоту, угол откоса объем отвала,заниженный повышает риск потери устойчивости,но при-дит к увеличению параметров отвал а. Так, при размещении пород с -0 в отвале..имэчщем площадь отвода 100 га,снижение п с 1,3 до 1,1 еличивает удельную вместимость отвала на 40 %.

Снизить значение п , установить действительное предельное равновесное состояние и достичь максимально возможных параметров отвала позволяет разработанная схема отвалообразования.

Рис.2. Схема формирования откоса 3-х ярусного отвала: а) профиль откоса отвала, отстроенного по расчетным параметрам;

б,в) профили откоса отвала соответственно в промежуточном и конечном положениях

Технология формирования отвалов с применением опережащих насыпей, отсыпаемых перпендикулярно фронту развития отвала (ркс.З) Эти насыпи позволяет повысить устойчивость и высоту, отвала за сче! пригрузки отвального откоса, преимущественно у его подошвы, и увеличения удержяващих сил. Устойчивость ке самих опережающих насыпей обеспечивается-за счет их формы и обусловлена "аффектом защемления ".поскольку по боковым сечениям в направлении продвижения отвала высота откосов и их углы меньше, чем по центральному сечению, а следовательно, и устойчивость отвала на этих участках више.

При отвалообраэовании с оперекаихциш насыпями вначале для соз дания.фронта работа отсыпает первичный отвал ограниченных размеров расчетной высотой устойчивого откоса. Затем с горизонтальной площа ки этого отвала начинают сооружать насыпи (рис.3,а),постепенно уве личивая их высоту. Наклон насыпи равен принятому уклону автомобиль дорог,а ширина ее должна быть минимальной, но позволяющей вести бе зопасную отсыпку и транспортировку пород.При достижении предельной высота»рассчитанной с учетом пригрузки откосов опережающими насыпями,отвалообразование производится без наращивания высоты с горизонтальной площадки (рис.3,6).

Для оценки устойчивости и определения основных параметров отк са отвала с опережающими насыпями - ширины и длины насыпи,расстояния между ними. разработана методика их определения.

Насыпи должны отсыпаться на таком расстоянии друг от друга, чтобы обеспечивалась устойчивость отвала в целом. При значительном

Ряс. 3. Схема развития отвала с опережающими насыпями:

а) на начальном этапе

формирована отвала; б) на момент полного

развития отвала

■асотояаии мекду насыпями участок отвала мохет оказаться напригру-.енным, а при чрезмерном сближения -излишне нагруаенным. Тогда и I тем, л другом случаях мохет наступать потеря устойчивости отвала, [осле отсыпки оперекахщях насыпей заполняется пространство мекду яма. Одновременно с этюд производится наращивание насыпей, прячем остсянно должно обеспечиваться опережение их относительно отвала.

В стадии окончательного заполнения земельного отвода спереяаю-;яе нвсыпя сохраняются для обеспечения устойчивости отвала. Отсыпка аенпей согласно расчетам позволяет увеличивать высоту отвалов на ¡0-40 %. Формирование отвалов с опережающими насыпями предлагается ркменлть для складирования однородных пород (мягких, скальных,полу-кальных) при одноярусном отвалообразоЕании на карьерах нагорпо-глу-инного типа, когда отсыпка пород производится на склонах горн, ходов и высота отвалов постоянно меняется.

Технология Армирования отвалов с заглубленными упорными призмами ряменяется на Л периоде разработки месторождения при складировании реимущественно мягких пород.

Увеличение до необходимых значений высоты, угла откоса и вмести-ости достигается замещением в зоне концентрации максимальных каса-ельных напряжений части слабых песЧано-глянистых пород па более прочие (рис.4,а) скальные породы, которые при одинаковых сжимающих нз~ рузках обладают большей сопротивляемостью сдвигу', чем глины, и спо-об:ш увеличить силы, удерживавшие откос от обрушения. Возникающая ри этом дополнительная удерживающая сила и коэффициент запаса устой-ивости отвала зависит от ширины упорной призмы в , ее высоты Нпр месторасположения относительно нижней бровки отвала ¿ (pnoi4,6). араметрн призмы определяются по формулам:

б)

/

\ \ < V

X/ и

А-

/ аф)

¿O 40

ю го

L,m

~Hnf,M

О 30 В}М

Рис.4. Профили отвалов с контрфорсом и заглубленной призмой (а) и графики зависимости коэффициента запаса устойчивости от основных параметров призмы (б) •

в»

2 AT¿

(¿-«и/ +fDs¿c)cosf

Нпр-Н0~Ь-лЬ ■

/ - Sccsfi

fí.5)

(6)

гab£T¿- дополнительная удерживающая сила, создаваемая призмой, т;

¿f - плчность пород отвала, т/м^; A¡f ,лС разность соответственно коэффициента трения и сцепления скальных и глинистых пород; р, - угол наклона основания, град ; h - глубина заложения поверхности скольжения в месте сооружения призмы, ы\лН - превышение основания призмы относительно нижней бровки отвала, ы; R - радиус координаты центра вращения дуги поверхности скольжения, м; Н0 , <*! -высота и угол откоса.

Применение заглубленных упорных призм позволяет довести высоту отвала песчано-глинистих пород до 80-120 м. Для их сооружения требуется меньший (в 5-Ю раз) объем скальных пород, ч м при отсыпке чоитр-форсов. Это обстоятельство имеет особо важное эначениэ а начальные

ериоды разработки месторождений, когда окутается недостаток в репких скальных породах, необходимых как для строительства дорог, ан и для проведения укрепительных" работ.

Технология селективного огвалообрззования пород с различными изико-техническкми свойствами горизонтальными слоя;.;» применяется а Ы периоде разработки месторождения. Селективное складирование ребует согласованной отсыпки скальных, полускальных и песчано-гли-•истых пооод на всех яоусах отвала. Скорость подвигания фронта от-альных работ на нижних ярусах с наиболее прочными породами должна пережать или быть равной скорости подвигания фронта выполежшцих слоев.

Интенсивность отвальных работ на ярусах находится во взаимосвязи с производительностью карьера по выемке того или иного типа пород V¿ :сщноеть» слоя í~i~>í и длиной фронта его отсылки Л, :Ц = ^4)м/мес.(год).

Технология селзктивного складирования наклонными слоями применяется при снижении объемов выемки мягких пород и необходимости одно-[руоногс отвалсобразования. Сооружение отпала начинается со строи-сльства пионерной насыпи, с которой производится планомерная отсыпка город с чередованием слоев, шевдага различные прочностные свойства, допустимая иирино слоя прочных и менее прочных пород определяется юходя из условия равновесия откоса, нмечпего прямолинейную форму по-¡ерхности скольжения. Б процессе отсыпки фактическая ширина слоя ме-¡ео прочных пород нэ до л та превышать расчетную, а для более прочных юрод - быть равной или больше величины, определяемой по разработан-юВ методике.

Направление фронта отсыпки пород зависит от их прочности. Менее грохйше породы отснпаягся тоттия слоями по всему фронту отвала или »дельными локальными участками на ест допустимую ширину (рис.5,а), íoiteo прочные - на всю пирону заходками вдоль бровки отвала (рис.5,б). 1езыполненив этого условия мокет привести к нарушению устойчивости ¡ткоеа.

Применение технологии формирования отвалов горизонтальными и на-слоннши слоями позволяет вести отвалообразование с параметрами отко-:ов, соответствующими параметрам откосов отвалов из наиболее прочныг юрод, что в итоге приводит к увеличению их вместимости и снижения землеемкоети.

Как показьли проведенные исследования,объем отвала определяется te только высотой, углом откоса, размером подотвольной площади, но и IX рациональным соотношением.

Оптимизация параметров с целью увеличения вместимости и снижения землеемкоети отвала осуществляется на основе установленной взаимосвязи мевду высотой и углом откоса, прочностью пород, площадью и формой

А-А

3 Г 1- I ^ I

^"Рыалк пегчаио-' УлиииейЬч

т-

в-в

I—"

IV

И I и

направление I зтеыпки сгили>. поро^

мы*

Рис. 5. Направление отсыпай песчано-глинистых (а) и-скальных (б) пород при отвалообразованик наклонными слоями

1

МлМЛ

в)

Чч ----V 1

1

V

\

0 ¿ОМп

к

Р и с. 6. Зависимости объема отвала аа горизонтальном (а) и наклонном основаниях (б) от высоты» угла устойчивого откоса (а) и коайдаиевта формы отвода

емельного отвода и углом наклона основания (рис.6).

Для отвалов, расположенных на горизонтальном основании, значе-ше оптимального утла откоса, соответствующего максимальной вмести-юсти, находится из уравнения, которое решается с использованием Ш методом итерации : ^

+ /,333 р\ъЬ = о , (7)

о

до ^ - площадь отвода, м ; Л - коэффициент формы - отношение длины к ширине земельного отвода.

Высота устойчивого откоса, определяемая оптимальной величиной тла, рассчитывается по формуле Н0 - р(С-'осЫ0 ) ^ ,

Для отвалов, расположенных ¡1а наклонном основании, определенным начениям высоты и угласто устойчивого откоса соответствует коэффициент формы отвода, при котором достигается максимальная вмести-ость отвала. Чел больие высота устойчивого откоса, тем меньае оптимальный коэффициент формы и больше максимальная вместимость.

В результате проведенными исследования:/,;! установлено, что в пределешшх горно-технических условиях отвалообразования существуя" акие соотношения мелщу высотой и углом откоса, при которых достигался максимальный объем отвала. Графическая интерпретация установлении зависимостей для отвалов на горизонтальном (р = 0°) и наклонном сновании (р » 5°) с пйошадью отвода 50, 100 , 200 га и коэффициентом юрш К = 1-4 представлена на рис.6.

Оптимальные параметры отвала, установленные на основе разрабо-шшых зависимостей, и технологические схемы отвалообразования пород различными физико-техническими свойствами использованы институтом нипромедь при составлении технических проектов и реализованы в усло-ипх карьера Учалинского ГОКа. Внедрение рекомендаций позволило уве-ичить на одной и той ке площади отвода объем отвала в 2 раза, сократить затраты на отвалообраэование и получить фактический экономичее-ий эффект в размере 218,4 тыс.руб/год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи - разработка технологии формирования бульдозерных отвалов из пород с различными физико-техническими свойствами, основа! ной на управлзнии устойчивостью откосов и обеспечивающей максимально вместимость отвалов при минимальной землеемкости.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Проектирование.и формирование бульдозерных отвалов в настоящее время не.в полной мере учитывают сроки и объемы виемки пород с различными физико-техническими свойствами в карьере, влияние горнотехнических условий на выбор технологии и оптимальных параметров от-валообразования, обеспечивающих устойчивость откосов при максимально} вместимости и минимальной землеемкости отвалов.

2. Разработана математическая модель оценки устойчивости откосов учитывающая целенаправленное упрочнение массива пород отвала в зоне концентрации максимальных касательных напряжений и позволяющая установить области и условия эффективного управления параметрами отвалов Определено, что высота пологих откосов при сЧ0< 25° песчано-глинистых пород с углом внутреннего трения Ц < 20° в большей степени зависит от прочности пород на контакте отвала с основанием, чем при крутых углах откоса: увеличение угла внутреннего трения пород контакта на 2° приводит к увеличению высоты отвала на 10-15 м.

3. Предложена методика расчета параметров отвала с учетом влияния геометрии откоса на его устойчивость. Установлено, что отвалы со сложной формой откоса в плане сохраняют устойчивость при высоте, превышающей высоту отвала с прямолинейной формой откоса в 1,2-1,4 раза.

4. Установлено что при валовой отсыпке скальных и песчано-глинистых пород, в составе которых скальные не превышавт 30 % от общего объема, прочность массива определяется свойствами песчано-глинистых пород. Раздельное складирование указанных пород позволяет управлять прочностью и параметрами отвала.

5. Доказано, что для любого отвала с определенными прочностными свойствами пород, площадью и формой земельного отвода, углом наклона основания существует только одно оптимальное соотношение мекду углом и высотой устойчивого откоса, при котором достигается максимальная вместимость отчуждаемого участка земли.

/

6. Разработаны и внедрены в производство новые технологические (ем бульдозерного отвалообразования, основанные на управлении устой-тоостьп откосов. Технология складирования пород в режиме предельного шювесия позволяет увеличить вместимость отвалов на 20-60 %, техно-)гия формирования отвалов с опережающими насыпями - на 20-40 %, а зхнология возведения отвалов с применением упорных заглубленных

зизм позволяет сооружать отвалы высотой до 80-120 м.

7. Внедрение разработанньк схем отвалообразования на Учалииском )1Се позволило увеличить объем отвала Молодежного карьера более чем

2 раза, снизить затраты на транспортирование вскрышных пород и полу-1ть фактичг-¡кий экономический эффект в размере 218,4 тыс.руб./год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Расчет устойчивости откосов отвала на наклонны., основаниях бортов карьера //Разработка рудных месторождений открытым способом. Свердловск; УПИ, 1976.С.57-65 (соавторы Т.И.Мельников, Б.Г.Пермяков, ,Т.Мельников, В.З.Терехов, С.А.Голяк, А.С.Левин).

2. Влияние влажности горных пород в массиве на устойчивость бор-)в карьера //'Разработка рудных месторождений открытым способом. -зердловск; УПИ, 1976. С.128-132 (соавторы 11 .Т.Мельников, Б.Г.Перыя-т, Т.И.Мельнкков).

3. Устойчивые параметры нагорных отвалов Кия-Шалтырского рудника 'Разработка рудных месторождений открытым способом. - Свердловск; И, 1976. С. 146-152 (соавторы С.И.Лопоз, Г.Л.Караулов, Н.Я.Карпова, .В.Шишкин).

4. Оптимальные параметры отвалов комбината "Гуваосбест" //Размотка рудных мг ггоровдений открытым способом. - Свердловск; УГШ, Г/7. С.120-128 (соавторы С.И.Попов, Г.А.Караулов, Н.Я.Карпова).

!5. Влияние гранулометрического состава отвальных пород на проч-)стнке и компрессионные свойства //Разработка рудных месторождений скрытым способом. - Свердловск, УГШ, 1977. С.128-131 (соавторы |Л.Караулов, М.И,Малых).

6. 0 технологии отвалообразования, обеспечивающей селективное :ладировэние вскрыяных пород //Нсучнко основы создания высокопроиз-»дительных и комплексно-механизированных карьеров. - М., 1980. ,35-36 (соавтор В.А.Галкин).

7. Повышение эффективности использования отвальных площадей (рьера "Молодежный"//Тез.докл.УП Есесозоз.науч.конф.ВУЗов СССР с 1«етием научно-исследовательских институтов. - М., 1981. 96с юавторы С.й.Попов, В.А.Шадрунов).

8. Л.с. 1033742. Способ отвалообразования при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Опубл. в БИ, 1983, № 29 (соавторы В.А.Шадрунов, З.М.Кашапов).

9. Укрепление песчано-глинистых отвалов скальными заглубленными призмами//Иьв.ВУЗов. Горный журнал, № 14, 1984. C.I0-I3.

10. Оптимизация параметров отвалов с учетом требований охраны окружающей среды//йзв .ВУЗов. Горный журнал. № 3, 1986 (соавторы И.Т.Мельников, Т.И.Мельников, З.М.Кашапов).

11. Влияние формы и наклона основвния на объем отвала//Изв.БУЗоЕ Горный журнал. В 4. 1987. C.2I-23.

12. Аналитический метод оценки устойчивости откосов горно-технических сооружений на наклонном основании //Открытая разработка уголь ных месторождений. - Кемерово, 1987. С.40-45 (соавторы З.М.Кашапов, И.Т.Мельников).

13. A.c. I46I928. Способ отвалообразования. Опубл. в БИ, 1988,

№ 8 (соавторы В.А.Шадрунов, З.М.Кашапов, М.Г.Сакаицев, М.Д.Вознесенский, В.Ш.Ниятбаев, А.Н.Ягунов, А.Г.Надеин).

14. Управление горно-техническими параметрами отвалов//- М.: Горный журнал, № 2, I9S8. С.24-27 (соавторы С.Н.Попов, З.М.Кашапов).

15. A.c. 1520244. Способ отвалообразования. Опубл. в ВИ, 1989, #> 41 (соавторы С.И.Попов, В.А.Шадрунов, З.Ы.Каиапов, Л.М.Камышина, Ы.Г.Саканцев, М.Д.Вознесенский, В.Ш.Ниятбаев).

16. формирование геотехнической структуры отвалов разнопрочных пород//Тез.докл. X Всесоюз.науч.конф.ВУЗов СССР с участием научно-исследовательских институтов. - Ы., 1991. - 71 с-(соавторы С.И.Попов З.М.Кашапов).