RU2063511C1

RU2063511C1 - Method for dump forming

Info

Publication number: RU2063511C1
Application number: RU94033691A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Макеев; В.Г. Зотеев; В.П. Алексеев; И.М. Гойзман; И.Г. Ширяев; А.В. Чернышов; В.В. Жуков; Е.М. Капылов
Original assignee: Макеев Александр Юрьевич
Priority date: 1994-09-15
Filing date: 1994-09-15
Publication date: 1996-07-10
Also published as: RU94033691A

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: high capacity is achieved at the expense of dump formation as one level or subsequent integrating several levels into one dump with an angle 36 - 38 degrees. Dump stability is assured due to active control over granulometric composition of the rock being piled taking into account segregation and selection of fill front direction. EFFECT: safe conditions for filling.

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а конкретно к открытым горным работам. Оно может быть использовано при отсыпке отвалов, складов сыпучих материалов и высоких насыпей, отсыпаемых на наклонное основание. The invention relates to the mining industry, and in particular to open cast mining. It can be used when dumping dumps, bulk materials warehouses and high embankments, dumped on an inclined base.

Известен способ формирования отвала, при котором отсыпка отвала на наклонное основание ведется ярусами малой высоты с длительным интервалом времени между отсыпкой каждого из них, необходимым для консолидации грунтов [1]
Недостатком данного способа является то, что результирующий угол откоса отвала мал и, как следствие, емкость отвала, состоящая из суммы емкостей всех ярусов, небольшая из-за угрозы скольжения отвала по контакту с основанием за счет качения по слою крупных глыб. В качестве средства борьбы с этой угрозой рекомендуется отсыпка предотвала, что особенно в условиях гористой местности требует строительства дорогостоящих дорог.A known method of forming a dump, in which the dumping of the dump on an inclined base is carried out in tiers of low height with a long time interval between the dumping of each of them, necessary for soil consolidation [1]
The disadvantage of this method is that the resulting angle of slope of the blade is small and, as a result, the capacity of the blade, consisting of the sum of the capacities of all tiers, is small due to the threat of the blade sliding along the contact with the base due to rolling large blocks along the layer. As a means of combating this threat, dumping is recommended to prevent, which, especially in mountainous areas, requires the construction of expensive roads.

Известен способ формирования отвала на наклонное основание, заключающийся в отсыпке отвала, в котором устойчивость отвала обеспечивается за счет ограничения их высоты, с террасированием склона или без него, при этом частота и ширина террас подбирается опытным путем. Предельно допустимая высота отвала рассчитывается без учета возможности скольжения отвала по контакту с основанием [2]
Недостатком известного способа является то, что ограничение высоты отвала резко снижает его вместимость, а террасирование склона существенно повышает себестоимость шага между террасами, а ошибки в определении размера шага неизбежно создают аварийную ситуацию, определение предельно допустимой высоты отвала предлагаемым путем не обеспечивает достаточной точности расчетов, из-за чего коэффициент запаса устойчивости оказывается завышенным.A known method of forming a blade on an inclined base, which consists in dumping the blade, in which the stability of the blade is ensured by limiting their height, with or without terracing of the slope, while the frequency and width of the terraces are selected empirically. The maximum permissible blade height is calculated without taking into account the possibility of the blade sliding along the contact with the base [2]
The disadvantage of this method is that limiting the height of the blade sharply reduces its capacity, and terracing the slope significantly increases the cost of a step between terraces, and errors in determining the size of a step inevitably create an emergency situation, determining the maximum permissible height of the blade by the proposed method does not provide sufficient accuracy of calculations, from - for which the safety factor is overestimated.

Целью изобретения является повышение емкости отвала на единицу занимаемой площади за счет увеличения его высоты и угла наклона при одновременной гарантии устойчивости как отдельных ярусов, так и всего отвала. The aim of the invention is to increase the capacity of the blade per unit of occupied area by increasing its height and angle of inclination while guaranteeing the stability of both individual tiers and the entire blade.

Достигается это тем, что в способе формирования отвала, заключающемся в отсыпке отвала на высоту, определяемую из условия устойчивости отвала, оценку устойчивости производят с учетом гранулометрического состава складируемой горной массы и изменения гранулометрического состава породы в процессе движения по склону яруса, а также угла наклона основания отвала и шероховатости поверхности. This is achieved by the fact that in the method of forming a dump, which consists in dumping the dump to a height determined from the condition of stability of the blade, stability is assessed taking into account the granulometric composition of the stored rock mass and changes in the granulometric composition of the rock during movement along the tier of the tier, as well as the angle of inclination of the base blade and surface roughness.

На чертеже представлена схема к построению поверхности скольжения отвала по наклонному основанию. The drawing shows a diagram for the construction of the sliding surface of the blade on an inclined base.

Управление устойчивостью отвала обеспечивается за счет подбора соответствующей горной массы и способа ее складирования или за счет изменения направления отсыпки. Это стало возможным за счет обобщения результатов многолетних исследований сегрегации горной массы и ее механических характеристик при отсыпке отвалов на склоны в условиях Ковдорского, Азербайджанского, Коршуновского и Оленежского ГОКов и ряда рудников Урала. The stability control of the blade is ensured by selecting the appropriate rock mass and the method of its storage or by changing the direction of the dumping. This was made possible by summarizing the results of long-term studies of segregation of rock mass and its mechanical characteristics when dumping dumps on slopes in the conditions of the Kovdorsky, Azerbaijan, Korshunovsky and Olenezhsky GOKs and a number of mines of the Urals.

Результаты этих обобщений позволили получить ряд эмпирических уравнений, обеспечивающий возможность расчета изменения гранулометрического состава горной массы по высоте отвального яруса, характеризуемого средним размером обломков и их коэффициентом неоднородности, а также угла внутреннего трения горной массы в отвале коэффициента трения качения крупных глыб по контакту с основанием. The results of these generalizations made it possible to obtain a number of empirical equations that make it possible to calculate the changes in the granulometric composition of the rock mass according to the height of the dump tier, characterized by the average size of the fragments and their heterogeneity coefficient, as well as the angle of the internal friction of the rock mass in the dump of the rolling friction coefficient of large blocks at the contact with the base.

Предлагается порядок расчета устойчивости отвалов, учитывающий опасность его смещения по склону за счет качения слоя крупных глыб по поверхности склона. A procedure for calculating the stability of dumps is proposed, taking into account the danger of its displacement along the slope due to the rolling of a layer of large blocks on the surface of the slope.

Коэффициент неоднородности (K $\binom{i}{н}$ ) и средний размер обломков (d $\binom{i}{50}$ ) горной массы, слагающей отвальный ярус на глубине h_i от его верхней площадки, определяются по формулам:

где K

\binom{min}{н}

минимальный коэффициент неоднородности крупнообломочного материала, равный отношению максимального и минимального размеров крупных глыб;
K

\binom{max}{н}

коэффициент неоднородности исходной складируемой в отвал горной массы;
d

\binom{o}{60}

и d

\binom{o}{i}

размер обломков исходной горной массы, соответствующий накопленной частости 60 и i процентов (определяются по кумулятивной кривой гранулометрического состава);
Н высота отвального яруса;
hi расстояние по вертикали от верхней площадки яруса до расчетного слоя;
h_o высота начала сегрегации (для бульдозерных отвалов h_o 4-5 м);
i относительная глубина расчетного слоя,

Угол внутреннего трения горной массы в пределах расчетного слоя (Φ_n) с учетом нормативного коэффициента запаса 1,20 равен

где b коэффициент, учитывающий прочность обломков;
d_o размер обломков стандартной смеси (d_o= 0,035м);
σ_o стандартная уплотняющая нагрузка (σ_o 0,1 МПа);
σ_i нормальное напряжение по поверхности скольжения в i-том слое;
Φ_o угол трения стандартной смрси.Inhomogeneity Coefficient (K

\binom{i}{n}

) and average debris size (d

\binom{i}{fifty}

) the rock mass composing the dumping tier at a depth of h _i from its upper platform, are determined by the formulas:

where k

\binom{min}{n}

the minimum coefficient of heterogeneity of coarse material, equal to the ratio of the maximum and minimum sizes of large blocks;
K

\binom{max}{n}

the heterogeneity coefficient of the original rock mass stored in the dump;
d

\binom{o}{60}

and d

\binom{o}{i}

the size of the fragments of the original rock mass corresponding to the accumulated frequency of 60 and i percent (determined by the cumulative curve of particle size distribution);
N the height of the dumping tier;
h i the vertical distance from the upper platform of the tier to the calculation layer;
h _o height of the beginning of segregation (for bulldozer dumps h _o 4-5 m);
i the relative depth of the calculation layer,

The angle of internal friction of the rock mass within the design layer (Φ _n ), taking into account the standard safety factor of 1.20, is

where b is a coefficient taking into account the strength of the debris;
d _{o the} size of the fragments of the standard mixture (d _o = 0,035m);
σ _o standard sealing load (σ _o 0.1 MPa);
σ _i normal stress on the sliding surface in the i-th layer;
Φ _{o the} angle of friction of the standard SMRS.

Угол трения качения крупных глыб на контакте склоном (

) с учетом нормативного коэффициента запаса равен

где

линейный коэффициент трения качения склона;
R_max максимальный радиус обломков на контакте со склоном;

d

\binom{max}{50}

максимальный размер глыб горной массы, слагающих слой на контакте со склоном.The rolling friction angle of large blocks at the contact by a slope (

) taking into account the normative safety factor is

Where

linear coefficient of friction of rolling of a slope;
R _{max the} maximum radius of the debris on contact with the slope;

d

\binom{max}{fifty}

the maximum size of blocks of rock composing a layer on contact with the slope.

Расчет устойчивости отвала осуществляется по методу многоугольника сил, при этом местоположение наиболее слабой поверхности скольжения и ее построение производится в следующем порядке (см.чертеж): строится поперечный разрез яруса высотой 9 и углом откоса 10; находится местоположение точки пересечения криволинейной поверхности скольжения 5 со склоном 2 (точка D находится в середине интервала ВС, при этом местоположение точки В определяется вертикальной проекцией верхней бровки на основание, а точки С лучом АС, проводимым от верхней бровки яруса под углом наклона β:
β = 0,5(45^°+0,5Φ_n+θ+δ), (7)
где δ угол наклона основания (склона) 6; q угол перелома поверхности скольжения 4:

Из точки D под углом наклона к горизонту проводится хорда, стягивающая дугу скольжения 1; из точки Е проводится касательная к дуге скольжения под углом
ω₁= 45^°+0,5Φ_n (9)
и вторая касательная под углом
ω₂= δ+θ (10)
затем определяется местоположение центра дуги скольжения как точки пересечения перпендикуляров к касательным в точках Е и D и проводится сама дуга ЕD; определяется местоположение грани DF, являющейся границей между призмой активного давления 7 и призмой упора 8, при этом EDF равен Φ_n определяются площади призм EDFA и DFO с учетом масштаба чертежа и вес ограниченного ими объема горной массы (для плоской задачи); производится построение многоугольника сил по известной методике и оценивается устойчивость отвала.The stability of the blade is calculated by the method of the polygon of forces, while the location of the weakest sliding surface and its construction are performed in the following order (see drawing): a transverse section of a tier with a height of 9 and an angle of slope of 10 is constructed; the location of the point of intersection of the curved sliding surface 5 with slope 2 (point D is in the middle of the BC interval, while the location of point B is determined by the vertical projection of the upper edge onto the base, and point C by the AC beam conducted from the upper edge of the tier at an angle of inclination β:
β = 0.5 (45 ^° + 0.5Φ _n + θ + δ), (7)
where δ is the angle of inclination of the base (slope) 6; q angle of fracture of the sliding surface 4:

A chord is drawn from point D at an angle of inclination to the horizon, tightening the sliding arc 1; from point E, a tangent to the slip arc is drawn at an angle
ω ₁ = 45 ^° + 0.5Φ _n (9)
and the second tangent at an angle
ω ₂ = δ + θ (10)
then the location of the center of the sliding arc is determined as the point of intersection of the perpendiculars to the tangents at points E and D and the arc ED itself is drawn; the location of the face DF, which is the boundary between the active pressure prism 7 and the stop prism 8, is determined, while the EDF is Φ _n , the areas of the EDFA and DFO prisms are determined taking into account the scale of the drawing and the weight of the rock mass bounded by them (for a flat task); a polygon of forces is constructed according to a known method and the stability of the blade is evaluated.

Пример расчета произведен для отвала N 3 Приморского производственного объединения "Бор", отсыпка которого имеет следующие особенности: участок отсыпки представляет собой межгорную долину с крутизной склонов до 35^o и более. Разность отметок между автодорогой, соединяющей карьер с участком отсыпки отвала более 200 м. Из-за высокой крутизны склонов с целью обеспечения устойчивости отвала проектом предусмотрена проходка полутраншей по обеим бортам долины с которых и должна производиться отсыпка отвала. При этом фронт отсыпки будет продвигаться вниз по склону. В верхней части долины склоны сложены скальными породами, а в нижней более пологой крупнообломочными образованиями, смещающимися в сторону ручья.An example of the calculation was made for dump No. 3 of the Primorsk Production Association Bor, the dumping of which has the following features: the dumping site is an intermountain valley with slope steepness of up to 35 ^o or more. The difference in elevations between the road connecting the quarry with the dump dump site is more than 200 m. Due to the high steepness of the slopes in order to ensure the stability of the dump, the project provides for the passage of a half-trench on both sides of the valley from which dump dump should be carried out. In this case, the front of the bed will move down the slope. In the upper part of the valley, the slopes are composed of rocks, and in the lower, more gentle coarse formations, shifting towards the stream.

Учитывая, что при высоте яруса более 30 м в его основании будут скапливаться обломки максимального размера (согласно R_max 0,40 м), а неровности склона, определяющие сопротивление качению крупных глыб в среднем не превышают 0,12 м, предельный угол наклона склона, при котором отвал будет сохранять устойчивость при

с учетом нормативного коэффициента запаса 1,20 не должен превышать 14^o, т.е. отсыпка отвала по проектной схеме невозможна из-за опасности его обрушения. По экономическим соображениям было бы более целесообразно производить отсыпку отвала одним ярусом непосредственно от места выхода карьерной автодороги на границу участка отвалообразования с продвиганием фронта отсыпки вниз по тальвегу ручья. Высота яруса при этом может достичь 250-300 м, что возможно только при достаточно высокой устойчивости отвала.Considering that with a tier height of more than 30 m, debris of maximum size will accumulate at its base (according to R _max 0.40 m), and slope bumps that determine the rolling resistance of large blocks do not exceed 0.12 m on average, the maximum slope angle, at which the blade will remain stable at

taking into account the normative safety factor of 1.20 should not exceed 14 ^o , i.e. dumping of the blade according to the design scheme is impossible because of the danger of its collapse. For economic reasons, it would be more advisable to dump the dump in one tier directly from the exit site of the career road to the border of the dump site with the front of the dump moving down along the stream of the stream. In this case, the tier height can reach 250-300 m, which is possible only with a sufficiently high blade stability.

Исходная горная масса, складируемая в отвал N 3, имеет следующие характеристики: d $\binom{10}{o}$ 0,05 м; d $\binom{20}{o}$ 0,11м; d $\binom{30}{o}$ 0,16 м; d $\binom{50}{o}$ 0,33 м; d $\binom{60}{o}$ 0,42 м; d $\binom{70}{o}$ 0,50 м; d $\binom{95}{o}$ 1,00 м; d_max 1,5 м; K $\binom{max}{н}$ 8,4; K $\binom{min}{н}$ 1,6. Расчет значений d $\binom{i}{o}$ и K $\binom{i}{н}$ а также угла сопротивления сдвигу Φ_n для каждого слоя яруса производился по формулам (1)-(6). При этом было установлено, что угол сопротивления сдвигу горной массы в теле отвала Φ_n колеблется в пределах 55-57^o а угол откоса яруса α_o даже в его верхней части не превышает 38^o и в среднем будет равен 32-33^o. В этом случае фактический коэффициент запаса устойчивости отвала может быть определен как отношение tgΦ_n к tgα,, т.е. n_ф 2,3.The initial rock mass stored in dump N 3 has the following characteristics: d $\binom{10}{o}$ 0.05 m; d $\binom{twenty}{o}$ 0.11m; d $\binom{thirty}{o}$ 0.16 m; d $\binom{fifty}{o}$ 0.33 m; d $\binom{60}{o}$ 0.42 m; d $\binom{70}{o}$ 0.50 m; d $\binom{95}{o}$ 1.00 m; d _max 1,5 m; K $\binom{max}{n}$ 8.4; K $\binom{min}{n}$ 1.6. Calculation of d $\binom{i}{o}$ and K $\binom{i}{n}$ and also the angle of shear resistance Φ _n for each layer of the tier was carried out according to formulas (1) - (6). It was found that the angle of resistance to shear of the rock mass in the body of the blade Φ _n ranges from 55-57 ^o and the angle of slope of the longline α _o even in its upper part does not exceed 38 ^o and will average 32-33 ^o . In this case, the actual safety margin of the blade can be defined as the ratio of tgΦ _n to tgα ,, i.e. n _f 2.3.

Обрушение отвала по контакту со склоном также невозможно, поскольку угол наклона долины по тальвегу ручья "Длинный" не превышает 8^o в то время как угол трения качения по склону согласно (9) для рассматриваемых условий (R_max 0,53 м;

0,13 м) равен 14^o т.е. и в этом случае фактический коэффициент запаса выше нормативного (n_ф 1,75).The collapse of the blade on contact with the slope is also impossible, since the angle of the valley along the thalweg of the "Long" stream does not exceed 8 ^o while the angle of rolling friction along the slope according to (9) for the conditions under consideration (R _max 0.53 m;

0.13 m) is equal to 14 ^o i.e. and in this case, the actual safety factor is higher than the normative (n _f 1.75).

Переход на отсыпку по предлагаемой схеме не только обеспечит устойчивость отвала на любой стадии его развития, но и позволяет отказаться от проходки полутраншей по склону и обеспечит резкое сокращение дальности транспортировки горной массы. The transition to filling according to the proposed scheme will not only ensure the stability of the blade at any stage of its development, but also allows you to abandon the penetration of a half-trench along the slope and provide a sharp reduction in the range of transportation of rock mass.

Claims

The method of forming a dump, which consists in dumping the dump to a height determined from the stability conditions, characterized in that the stability of the blade is evaluated taking into account the rolling friction angle of large fragments at the base

and the angle of internal friction of the rock mass (Φ _n ), which are determined taking into account segregation during the movement of the rock mass according to the formulas

where k

\binom{*}{c}

linear rolling friction coefficient;
R _{max the} maximum radius of debris in the layer;

where b is a coefficient taking into account the strength of the debris;
d

\binom{i}{55}

average size of debris in the layer;
d _{o the} size of the fragments of the standard mixture;
σ _o standard compressive shear load;
σ _i normal stress on the sliding surface;
Φ _o the shear resistance angle of the standard mixture,
then determine the position of the sliding surface and the maximum permissible height of the blade, after which they dump the blade.