Введение к работе
Акту_альность_темн. В настоящее время на угольных разрезах Урала, Кузбасса и Казахстана в условиях крутого обратного и вертикального падения слоев фиксируется деформации бортов, по характеру резко отличающиеся от деформаций откосов в любых других условиях. Установлено, что деформирование поверхности бортов свя зано с изгибом и разворотом крутых слоев, проявляющихся задолго до наступления предельного равновесия прибортового массива, рассчитанного традиционно из условия сопротивления его сдвигу вкрес наслоения. Практика показывает, что использование известных расчетных схем в условиях угольных месторождений с крутопадающей слоистостью приводит к нереальным результатам. Поэтому для определения оптимальных параметров бортов угольных разрезов в рассматриваемых условиях необходимы иные методы их расчета, что в сочетании с технологическими и экономическими факторами и предопределяет актуальность работы. Так, например, протяженность бортов объединенного разреза Экибастуэсхого бассейна, сложенных крутыми слоями пород, составляет около 12 км, причем их большая часть должна эксплуатироваться в течение десятков лет. Таким образом, даже для одного бассейна решение задачи имеет весьма важное значение. Диссертационная работа выполнена как составная часть отраслевых планов 1985-1990 гг. бывшего Минуглепрома СССР » планов института ВНИМИ по следующим основным темам: "Обобщить и оценить результаты исследований, разработать рекомендации по прог нозу деформаций бортов, уступов и внутренних отвалов и способам и предупреждения на разрезах при использовании оборудования большой единичной мощности и поточной технологии" С* гос.регистрации ОІ8700206Й5), "Разработать и внедрить рекомендации по параметрам бортов Экибастузских разрезов на участках с крутым залеганием ело ев горных пород" С* гос.регистрации 0292193000) и др.
Целью работы является повышение эффективности и безопасної ти ведения открытых горных работ на сложноструктурных угольных месторождениях путем установления оптимальных параметров бортоз разрезов в массиве с крутопадающей слоистостью на основе разработки метода расчета предельных откосов и прогнозирования дефо{ ций их поверхности.
Основная_идея работы заключается в использовании особенно тей характера деформирования откосов в массиве с крутопадающей слоистостью для разработки методов расчета устойчивости бортов угольных разрезов и предрасчета деформаций приоткосной зоны.
Задачи_исследований^ Аля достижения поставленной цели реша лись следующие задачи:
уточнить характер деформирования откосов с крутопадающей слоистостью в натурных условиях;
определить условия возникновения деформаций изгиба слоев в откосах;
разработать инженерные методы оценки устойчивости откосоі и прогноза деформаций их поверхности;
оценить в общем случае влияние основных горногеологических факторов на равновесие крутых слоев б откосах и мероприятия по снижению их отрицательного влияния на развитие деформаций слс истого массива.
Методы_исследованийл При решении поставленных задач использовались следующие методы исследований: натурные, включающие изу чение структуры и инструментальные наблюдения за деформациями бортов угольных разрезов с крутопадающей слоистостью; лабораторные, включающие изучение физико-механических свойств горных пород; аналитические методы оценки устойчивости откосов на основе теории предельного равновесия; анализ и обобщение результатов отечественного и зарубежного опыта по рассматриваемым вопросам.
Й2і!ййі_5оложения, выносимые на защиту:
характер деформирования откосов в неоднородном массиве с крутопадающей слоистостью, традиционно отождествляющийся с квазі изотропной средой, отличается от классического и проявляется в изгибе слоев с межслоевыми подвижками, развороте и опрокидывании слоев с их возможным сдвигом;
крутые слои в осадочном массиве изгибается не по всей высоте откоса, а в установленных пределах; это зависит от угла их падения, общего угла откоса и прочностных характеристик вкрест наслоения и' по контактам слоев;
расчет предельных углов наклона бортов в условиях крутого залегания слоев возможен на основе геомеханической модели квази-изотропного массива с учетом отрицательной поправки в их угол наклона в связи с изгибом слоев и изменением природного сцепления массива горных пород вкрест наслоения и по контактам слоев.
Достоверность_научных_положений, выводов и рекомендаций обеспечивается результатами большого количества натурных наблюде> ний за деформациями бортов, лабораторных исследований прочности горных пород по контактам слоев, аналитическими исследованиями устойчивости откосов на основе теории предельного равновесия, сопоставлением результатов прогнбза устойчивости откосов с фактическими данными и результатами эффективного внедрения рекомендаций, в той" числе при полной их реализации на отдельных участках разрезов производственного объединения "Экибастузуголь".
Нау_чная_новизна результатов исследований заключается в следующем:
— экспериментально уточнен характер деформирования откосов
в массиве с крутопадающей слоистостью; установлены три стадии развития деформаций: изгиб слоев с межслоевыми подвижками, их разворот и опрокидывание;
- определены условия возникновения деформаций изгиба крутых
слоев в откосах; установлено, что слои изгибаются не по всей вы-
соте откоса, а в пределах, зависящих от угла их падения, характеристик прочности по контактам и угла откоса;
- разработаны инженерные методы расчета параметров предель
ных откосов в массиве с крутопадающей слоистостью и предрасчета
деформаций изгиба слоев в приоткосной зоне.
Личный_вклад_автор_а в получение научных результатов:
инструментальными наблюдениями уточнен характер деформиро вания бортов в массиве с крутопадающей слоистостью;
аналитическими исследованиями установлено влияние основны; характеристик прочности и угла падения слоев на их изгиб в отко сах;
разработан инженерный метод оценки устойчивости слоистых откосов, построены графики отрицательных поправок в предельный угол изотропных откосов как функций высоты, угла падения слоев t характеристик прочности по контактам;
предложен приближенный метод предрасчета деформаций иэгибг слоев как под действием статических нагрузок, так и с учетом гидродинамических.
Поактическая_ценность_р_аботы. Разработанные инженерные методы оценки устойчивости предельного равновесия слоистых откосов и предрасчета деформаций изгиба слоев позволяют прогнозировать дли тельную устойчивость бортов разрезов, характер развития и величи ны деформаций их поверхности как по простиранию, так и по высоте бортов и оперативно решать практические вопросы предупреждения этих деформаций в конкретной горногеологической обстановке.
ЕёЁлизауияработы^ Результаты исследований нашли практическое применение при разработке рекомендаций по обеспечению устойчивости стационарных бортов разрезов "Северный" и "Богатырь" ПО "Экибастузуголь". Рекомендации использованы при составлении проектов реконструкции разрезов с условным экономическим эффектом за счет предотвращения недопустимых деформаций бортов и исключе-
7 ния в этой случае их выполаживания.
_Апробация_работі;і._ Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на: научно-технических совещаниях ПО "Экибастузуголь", проектного института "Карагандагипрошахт"; научн технических конференциях Карагандинского политехнического института \.Караганда, J.967-I99I гг.); научно-технических советах институтов ВНИМИ и КазНИМИ (Санкт-Петербург - Караганда, I989-I99I гг.); международной научно-практической конференции "Проблемы развития угольной промышленности Республики Казахстан" (Караганда, 1993г.).
Публикация. Основное содержание работы отражено в пяти опубликованных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 179 страниц машинописного текста, включая 35 рисунков, 9 таблиц, 2 приложения и список использованной литературы из 62 наименований.
