SU1281670A1 - Способ отвалообразовани в зоне возможных обрушений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано пре- имз щественно при погашении пустот после отработки залежей, выход щих под насосы. Цель изобретени  - повы-- шение безопасности отвалообразованин путем управлени  процессом разрушени  потолочного целика (ТЩ) 3 и предотвращени  оползневых  влений в отвале . После окончани  горных пород по выемке залежи над образовавшейс  пустотой 1 формируетс  свод 2 естественного равновеси  с ПЦ 3 и границами зоны возможного воронкооб15 азо- вани  (ЗВ) 4. На поверхности основани  производ т отсыпку вскрышных пород (п) с продвиганием фронта от- вальньгх работ к ЗВ 4. До подхода фронта отвальных работ к ЗВ 4 с внешней стороны ее границы формируют § (Л с

Description

1 2

К9

00

О5

дамбу 8 массой, не превышающей несущей способности основани . Затем продолжают отсыпку вскрышных П в направлении сформированной дамбы 8. Дл  разрушени  ПЦ 7 массу отвала в приоткосной его части довод т до величины , определ емой из выражени  отБ - К Q , где Q,,b - масса П в приоткосной части отвала, ограниченной поверхностью скольжени , т; К - коэффициент, учитывающий вели81670

чину угла внутреннего трени  П основани  отвала; масса П призмы

ее н

выпирани  при ширине призмы в 1 м определ етс  зависимостью 0., 4/3 У I h , где f - плотность П в

основании при естественном состо нии,

/ 3 кг/м ; L - длина призмы выпирани ,

м; hj.- мощность наносов, м. Разрушение ПЦ 3 приводит к развитию воронки обрушени , котора  засыпаетс  вскрышными П. 5 Ил.

1

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано преимущественно при погашении пустот после отработки залежей, выход щих под наносы.

Цель изобретени  - повьшгение безопасности отвалообразовани  путем управлени  процессом разрушени  потолочного целика и предотвращени  оползневых  влений в отвале.

На фиг. 1 изображен схематичный разрез земной поверхности отвала до его подхода к зоне сдвижени  горных пород и пустоты отработанной залежи подземными горными работами; на фиг. 2 - то же, участок со сформированной дамбой (пио нерным контрбанкетом ) и начальна  стади  отсьтки отвала из скальных пород в зоне дамбы; на фиг. 3 - то же, участок со сформированной призмой выпирани  в потолочном целике и поверхност ми скольжени  в отвале скальных пород; на фиг. 4 - то же, участок после выдав- лизани  основани  разрушени  потолочного целика и формировани  воронки обрушени ; на фиг. 5 - то же, участок после погашени  пустоты воронки и дальнейшее развитие отвала.

Способ осуществл ют следующим образом .

После окончани  горных работ по выемке залежи над образовавшейс  подземной пустотой i формируетс  свод естественного равновеси  2 с потолочным целиком 3, границами зоны возможного воронкообразовани  4 и сдвижени  горных пород 5,

Подвигание отвала 6 к границе зо- нн сдвижени  горных пород осуществл ют на рассто ние не менее половины длины призмы 7 выпирани , наход щейс  в состо нии предельного равновеси , т.е. нагрузка от массы отвала при высоте h не вызывает нарушени  его устойчивости.

Одну половину длины 1/2 призмы 7 выпирани  используют дл  наращивани  отвала, другую - дл  формировани  дамбы В (пионерского контрбанкета). Дамбу 8 создают из пород вскрьш1И с внеш.шй стороны границы зоны возможного воронкообразовани  дл  уравновешивани  нагрузки на основание От массы отвала при его наращивании на высоту hg и дл  защиты зоны возможного воронкообразовани  от скатывани  кусков породы при разгрузке вскрышных пород горно-транспортным оборудованием , что создает на завершающем этапе благопри тные услови  дл  формировани  воронки обрушени  и погашени  пустоты.

Формирование дамбы 8 производ т укаткой сло ми толщиной не более 1 м дл  придани  углам откосов d. ее большей крутизны, чем у откоса d отвала.

Нагрузка от массы дамбы не должна превышать несущую способность основани , потолочного целика и не вызывать оползневых  влений. При зтом высота дамбы определ етс  по формуле

&h

31

где P - несуща  способность основани  отвала, МПа (определ етс  по опытным данным); У.- плотность пород дамбы в уплотненном состо нии, кг/м. Размеры призмы выпирани  от нагрузки масс отвала и дамбы могут быть получены в результате графоаналитического построени  поверхностей скольжени ,

Ширина дамбы поверху и понизу определ етс  параметрами технологического оборудовани  по ее возведению, длиной призмы выпирани  и может быть равна ширине зоны сдвижени  горных пород, т.е. между ее границей на поверхности и границей зоны возможного воронкообразовани .

25

После формировани  дамбы осущест- 20 вл ют наращивание отвала из пород вскрыши смешанного состава, а достигнув внутре)шего откоса 9 дамбы, складируют скальные породы. При на- paupiBaHmi отвала из пород скальной вскрьшш при подходе его к зоне возможного воронкообразовани  призма выпирани  формируетс  только после остижени  контура 10 отвала контура дамбы. При этом нагрузка от массы отвала создает эксцентриситет и вызывает поворот призмы выпирани  по часовой стрелке, котора  распростран етс  на глубину и деформирует потолочину пустоты. Активизации процесса разрушени  способствует профиль отвала, который перед разрушением приобретает выпуклую форму, Так как угол d.. откоса дамбы больше, чем угол o(.Q откоса отвала, а поверхность 11 скольжени  формируетс  с выходом на откосную часть отвала, тогда разгруз очна  площадка 12 находитс  в безопасной зоне. Поверхность скольжени  может быть построена графоаналитическим методом,

В св зи с тем, что формирование призмы выпирани  повышает сдвигаю- щие горизонтальные усили  Т в п те свода естественного равновеси  и уменьшает за счет деформировани  коэффициент внутреннего трени  наносов, словие равновеси  естественного свода подземной пустоты нарушаетс , то мгновенно приводит к развитию оронки 3 обрушени .

Кроме этого экспериментально устаовлено , что углы воронкообразовани 

30

35

40

50

. 45

оставл 1от 5 к вертикали, поэтому

55

5

0

5

5

0

0

ожидаемый выход воронки носле разрушени  потолочного целика окажетс  на земной поверхности, а не на верхней горизонтальной разгрузочной площадке отвала.

Чтобы разрушение потолочного целика осуществить призмой выпирани , массу приоткосной части отвала опре-- дел ют из выражени 

где Q

OTii.

где I

h,

Q«, к- Q,,

-масса пород в приоткосной части отвала, ограниченной поверхностью скольжени , т;

-коэффициент, учитывающий величину угла внутреннего трени  пород основани  отвала (определ емьш по таблице ) ;

-масса пород в призме выпирани , котора  определ етс  зависимостью (при ширине призмы в 1 м)

QOCH 1 (3)

длина призмы выпирапи , MJ , мощность наносов, м;

плотность пород в основ1НИИ

при естественном состо нии,

кг/м ,

При К 3 состо ние призмы вьтира- ни  (потолочины) устойчивое, при I К 3 по вл ютс  трещины в основании и откосе, а при К I наблюдаетс  возникновение и обруп/ение призмы выпирани  (потолочины) и погашение пустоты отвальными массами.

Эмпирический коэффициент К получен из опыта наблюдений за формированием призмы выпирани  и поверхности сколь- жени  в отвале на слабом основании. Значение коэффициента К можно вычислить из эмпирического выражени 

2

К

sin V

где Ч - угол внутреннего трени . Возникновение призмы выпирани  происходит при К I, но при этом масса- отвада должна превьш1ать несущую способность основани , что рег.у- лируетс  высотой отвала и его объемной массой в I м.

Дл  того, чтобы призма выпирани  распространилась на глубину свода естественного равновеси  пустоты, высот

5. 12

та отвала должна быть не менее мощности наносов.

Баланс масс отвала и основани  оценивают путем сравнени  двух областей: одной, заключенной между поверхностью откоса отвала, поверхностью скольжени  до пересечени  с подошвой отвала и подошвой отвала, и другой, заключенной между земной поверхностью и поверхностью скольжени  образующих призмы выпирани .

До подхода фронта отвалообразова- ни  к контуру откоса дамбы и зоне

сдвижени  горных пород в качестве отсыпанных пород могут быть использова- ны любые породы вскрыши, например смешанного состава (30% - скальных, 70% - рыхлых пород), а в зоне дамбы и сдвшкени  - отвальна  масса должна содержать не менее 80% скальных пород .

Таким образом, активна  масса пород в приоткосной части отвала, котора  (topNmpyeT призму выпирани  и разрушает потолочный целик, находитс  в области ограниченной части поверхности откоса и поверхности скольжени  . Минимальна  высота отвала должна превышать мощность наносов и может быть определена по формуле

И

о

Ь,, + 10 sinci

где HO - высота отвала, м;

Ь, - мощность наносов, м; - угол откоса отвала.

При высоте отвала Ые-, скальных пород , рассчитанной по этой формуле, в наносах за счет силы тупкести отвальной массы-создаетс  давление, под вли нием которого в потолочине подземной пустоты образуютс  разрушающие ее поверхности скольжени , формируюш,ие выход воронки обрушени  на -земную поверхность.

Одновременно с разрушением потолочины и образованием в откосе отвала воронки происходит погашение подземной пустоты породами разрушенной потолочины , дамбы и отвальными массами При дальнейшем формировании отвала происходит окончательное заполнение пустоты через образовавшуюс  воронку другими породами вскрыши, например смешанного состава.

Дл  обеспечени  контрол  за безо пасностью работ по отвапообразовани необходимо при подвигании фронта рагрузки вскрышных пород к зоне возмо

ного обрушени  организовать ежесмен- - ные инструментальные наблюдени  за оседанием горизонтальной разгрузочной площадки.

Погашение подземных пустот и воронок обрушени  скальной вскрышей повьшает несущую способность основани  отвала, что позвол ет производить дальнейшее наращивание высоты отвала на слабом основании.

В случае, если произойдет задержка выхода воронки обрушени  в ожидаемой зоне поверхности откоса, дальнейшую отсыпку отвала производ т вдоль ожидаемого контура обрушени , и таким образом, создают более высокую концентрацию разрушающих напр жений, котора  в дальнейшем приводит к разрушению потолочного целика.

30

35

40

т Де Q, 55

Claims (1)

1. 25 Формула изобретени 

   Способ отвалообразовани  в зоне возможных обрушеш-1Й, включающий отсыпку вскрышных пород на поверхность основани  с подвиганием фронта отвальных работ к зоне воронкообразова- ни , разрушение потолочного целика отработанной залежи массой отвала и последующую засыпку воронки обрушени  вскрышными породами, отличающийс  тем, что, с целью повышени  безопасности отвалообразовани  путем управлени  процессом разрушени  потолочного целика и предотвращени  оползневых  влений в отвале, до подхода фронта отвальных работ к зоне воронкообразовани  с внешней стороны границы последней из вскрышных пород формируют дамбу массой, не превьш1аю- J5 щей несущзпо способность основани , после чего продолжают отсыпку вскрышных пород в направлении сформированной дамбы, причем массу отвала дл  разрушени  потолочного целика опреде- из выражени :

   ст

   к Q,,

   масса пород в приоткосной части отвала, ограниченной, поверхностью скольжени , т коэффициент, yчитывaюш й величину угла внутреннего трени  пород основани  отвала;

   71281670 8

   оеи пород призмы выпира- где Y - плотность пород в основании ни  при ширине призмы впри естественном состо нии,

   1 м, определ ема  зависи-кг/м ;

   мостью

   Q..H 3

   / J f f

   f 3 2

   длина призмы выпирани , м;

   - мощность наносов, м.

   7

   Фиг. 1

   Фиг. 2

   - ft - v --- : ltf& M vv: .b:

   ; ,;

   tv 1ч

   ;.-:::. .. Ч Xv .. - . - - - .-- --р - /. .. . . - ----- . -- х- :: -..:..Г й / /. . -.

   // / ////// xyV/VX /у/ //X /// /7

   Ц3и,г.

   : ltf& M

   ; ,;

   tv 1ч

   . .-- --р - /. -..:..Г й / /.

   г.5