Управление состоянием откосов. Лекция 15

1. НАПРАВЛЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

2. ФЗ от 21.07.97 №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»

На предприятиях, где ведутся открытые горные работы,
опасными производственными объектами являются участки,
площадки, в пределах которых имеются опасные зоны,
характеризующиеся наличием природных или техногенных
факторов, под воздействием которых может возникнуть
аварийное состояние объекта ведения горных работ, что
может создать угрозу опасности для жизни людей либо
нанести значительный ущерб имуществу других лиц и
окружающей природной среде.
2

3.

3

4.

1. Опасные зоны,
обусловленные природными
факторами
4

5.

1.1. Борт массива горных пород с наклонным и пологим
залеганием слоистости в сторону выработанного
пространства при наличии тектонических трещин
5

6.

1.2. Участки повышенной водообильности бортов
карьера или отвалов, сложенные мягкими связными,
твердыми глинистыми и рыхлыми несвязными или
6
слабосцементированными породами

7.

1.3. Участки борта карьера, отвала вскрышных пород
и дамб накопителей, на которых обнаружены
признаки развивающихся деформаций
17

8.

2. Опасные зоны, обусловленные
техногенными факторами
8

9.

2.1. Отвалы скальных, полускальных, песчаногравелистых пород и отвальные смеси на слабом
9
основании

10.

2.2. Отвалы на наклонном и слоистом
основании (угол наклона более 10 )
10

11.

2.3. Участки борта, нагруженные отвалами,
размещенными в пределах призмы
возможного обрушения
11

12.

2.4. Приоткосные участки бульдозерных отвалов,
при появлении в призме возможного обрушения
признаков развивающихся деформаций
12

13.

2.5. Борт, в приоткосных участках которого
располагаются ответственные объекты
13

14.

2.6. Участки ведения горных работ под высокими
уступами
14

15.

2.7. Барьерные целики между открытыми и
подземными горными выработками, а также
смежными открытыми выработками
15

16.

2.8. Участки ведения открытых горных работ, отвалы,
дамбы, находящиеся в зоне влияния подземных выработок
16

17.

3. Опасные зоны в грунтовых
массивах
по опасности прорыва воды
17

18.

3.1. Откос массива мягких связных, твердых глинистых и
рыхлых несвязных или слабосцементированных пород
подтопленный водой
18

19.

3.2. Откосы дамб (плотин) накопителей жидких
отходов промышленных предприятий
19

20.

20

21. Технологические

Цель технологических приемов управления
состоянием откосов – отыскание таких
способов вскрытия, систем разработки, типов
применяемого горнотранспортного
оборудования, способов ведения БВР и
осушения карьерных полей, которые
исключали бы случаи нарушения
устойчивости уступов и бортов.
21

22.

Разворот фронта горных работ
22

23.

23

24. 2. Снижение вредного действия взрывов

• подбор соответствующих физико-детанационных
характеристик ВВ,
• конструирование скважинных зарядов,
• применение короткозамедленного взрывания,
• создание на пути распространения сейсмических
волн экранирующих поверхностей,
• изменение направления развития взрыва во
взрываемом блоке и очередности взрывания
24

25. Диагональная схема короткозамедленного взрывания

8
x
a
m
V
0 1
2
3
4 5 6
7
25

26. Схема защиты поверхности нижнего уступа от дробящего действия взрыва

2
1-1,5
1
°
5
1
°
12
3
26

27. Инженерные методы управления состоянием откосов

При укреплении откосов и упрочнении
горных пород важнейшая задача –
определить положение поверхности
скольжения, а также границы
возможной зоны нарушения откоса и
его сдвига
27

28. 1. Укрепление откосов

создание в определенной части массива
горных пород такого напряженного
состояния, которое препятствует развитию в
нем разрушающих сдвиговых деформаций
28

29. Механическое укрепление откосов осуществляют с помощью свай, шпон, штанг (анкеров), и гибких тросовых тяжей, защитных покрытий

и
стенок, подпорных стен и
контрфорсов
29

30.

30

31. Схемы укрепления уступов железобетонными сваями и шпонами

1
2
31

32. Схема укрепления уступа штангой

3
1
i
2
е
l
32

33.

33

34. Массивная подпорная стена

H90
Массивная подпорная стена
1
2
34

35. Железобетонные защитные стенки

б
0,5ě
90°
2ě
2ì
2
4
1,5ě
3
0,0
5-0
,10
ě
1,5
1
10-20°
35

36. Контрфорс

4
3
2
Н
к
1
в
36

37. Пригрузка откосов дренирующим материалом

hn
Пригрузка откосов дренирующим
материалом
Вn
37

38. 2. Упрочнение откосов

искусственное закрепление, улучшение
физико-механических и
фильтрационных свойств горных пород,
слагающих откос
38

39. Цементация

заключается в заполнении пустот, трещин и
крупных пор горных пород цементным,
цементно-песчаным или цементноглинистым растворами, которые
схватываются с породами и твердеют,
способствуя повышению водопроницаемости
и устойчивости откосов
39

40. Силикатизация

нагнетание силикатных растворов в горные
породы, в результате чего они приобретают
повышенную механическую прочность,
водопроницаемость и водоустойчивость
40

41. Смолизация

упрочнения мелкотрещиноватых скальных,
полускальных пород и мелких пылеватых
сухих и водонасыщенных песков с
коэффициентом фильтрации от 0,5 до 5 м/с
органическими полимерами
41

42. Термическая обработка

обработка пород горячими газообразными
продуктами горения, обогащаемыми при
необходимости химическими добавками
42

43. Электрохимический способ

искусственно созданное постоянное
электрическое поле:
• электроосмос – направленное движение
подземных вод от анода (положительного
электрода) к катоду (отрицательному
электроду)
• электрофорез – направленное движение
заряженных дисперсных глинистых и
химических частиц растворов от катода к
аноду
43

44. Уплотнение пород энергией взрыва

При взрывании скважинных зарядов
образуется котел, а породы в зоне,
прилегающей к стенкам скважины,
уплотняются, что способствует повышению их
механической прочности и устойчивости
44

45. 3. Комбинированное укрепление

механическое укрепление в сочетании с
упрочнением массива горных пород
45

46.

46

47. Схемы комбинированного укрепления откосов

1 – железобетонная свая; 2 – штанги
(анкеры); 3 – зона цементации или
смолизации; 4 – подвесная железобетонная
стенка
2
2
4
1
а
3
б
в
г
47

48. Управление состоянием обводненного массива

48

49. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЗАЩИТЕ КАРЬЕРА ОТ ВОДЫ

Защита карьера от воды
Защита от поверхностных вод
Карьерный водоотлив
Защита от подземных вод
Экраниро-вание
водотоков
Дренаж
Барраж
Инъек-ционный
Ледопо-родный
Водопонижающие скважины
Гидро-защита
карьера
Сквозные фильтры
Системы
Отвод воды из водотоков и водоемов
Способы
Комбинированный
Поверх-ностный
Подзем-ный
Траншей-ный
Восстающие дренажные скважины
Забивные фильтры
Водосборные скважины
Подземные горные выработки
Водопоглащающие скважины
Горизонтальные дренажные скважины
Иглофильтровочные установки
Лучевые водозаборы
Водопонижающие скважины
Дренажные траншеи
Устройства
49

50. 1. Дренажные системы – комплекс дренажных устройств

По способам сооружения:
Поверхностная
• Мелкий дренаж: дренажные траншеи,
прибортовой дренаж, водопоглощающие
скважины
• Глубокий дренаж: водопонижающие и
водопоглощающие скважины, лучевые
водозаборы и горизонтальные дренажные
скважины
50

51.

Подземная - дренажная система с
использованием подземных горных
выработок (шахтных стволов, штолен,
штреков и квершлагов)
в подземных выработках сооружаются
забивные и сквозные фильтры,
водосборные, разгрузочные и
опережающие скважины,
водопонижающие колодцы и другие
дренажные устройства
51

52.

Комбинированная дренажная система
включает дренажные устройства,
сооружаемые как с поверхности земли, так
и из подземных горных выработок (при
этом часть подземных вод откачивается в
горные выработки)
52

53. 2. Дренажные устройства

Дренажная траншея:
1 – положение уровня грунтовых вод до сооружения дрены
53

54.

1
2
3
4
Пластовый дренаж основания отвала:
1 – отвал; 2 – пласт фильтрующего материала; 3 –
депрессионная кривая; 4 – водосбросная канава
54

55.

1
1
1
1
3
2
3
1
2
2
2
а
б
в
2
г
2
д
Схемы водопонижающих скважин:
а – совершенная в безнапорном водоносном горизонте;
б – несовершенная; в – совершенная в напорном
водоносном горизонте; г – комбинированная;
д – коллекторная;
55

56.

2
1
4
5
6
Водопоглощающая скважина:
1 – фильтр; 2 – водопоглощающая скважина;
3 – депрессионная кривая; 4 – водонепроницаемые глины;
5 – осушаемое полезное ископаемое; 6 – положение уровня
воды в поглощающем горизонте
56

57.

3
1
2
Горизонтальная дренажная скважина:
1 – дренажная канава; 2 – горизонтальная дренажная
скважина; 3 – линия возможного оползания уступа;
4 – депрессионная кривая
57

58.

2
3
4
2
5
6
7
8
Сквозной фильтр:
1 – сквозной фильтр; 2 – депрессионная кривая;
3 – водоносный горизонт в песках; 4 – слой водоупорных
глин; 5 – напорный водоносный горизонт в известняках;
6 – полезное ископаемое; 7 – дренажный штрек;
8 – безводные сланцы
58

59.

4
3
2
1
Иглофильтровая установка:
1 – депрессионная кривая; 2 – иглофильтры;
3 – всасывающий коллектор; 4 – вакуум-насос
59

60.

2
3
4
Лучевой водозабор:
1 – водоподъемная труба; 2–депрессионная кривая;
3 – шнекофильтры; 4 – насос
60

61.

Подземные дренажные горные
выработки используются при сооружении
подземных дренажных систем и включают
вертикальные вентиляционно-водоотливные
шахты, околоствольные горизонтальные
выработки для размещения водосборников и
насосных установок, а также дренажные штреки
Дренажные штреки обычно проходятся ниже
основных водоносных горизонтов и служат для
приема воды из различных дренажных устройств
и ее транспортировки к стволам дренажных шахт
61

62.

1
2
3
5
4
Куст восстающих дренажных скважин:
1 – восстающие дренажные скважины, оборудованные
фильтрами; 2 – депрессионная кривая; 3 – дренажный
штрек; 4 – буровая ниша; 5 – водосбросная канава
62

63. 3. Барражные завесы

Барраж представляет собой систему
противофильтрационных завес,
располагаемую в водоносных горизонтах на
пути движения подземных вод к
защищаемому объекту
63

64.

Основное условие применение барражных
завес – наличие в основании
перекрываемых водоносных горизонтов
водонепроницаемых связных (глинистых)
пород. Противофильтрационная завеса
должна соединяться с этими породами (она
заглубляется в них на 1,5-2 м), т.е. завеса
должна быть совершенной
64

65. Типы барражных завес

траншейно-щелевые,
скважинно-щелевые,
инъекционные ,
криогенные (ледопородные)
65

66.

2
3
4
5
Барражная завеса:
1 – противофильтрационная завеса; 2 – уровень с внешней
стороны завесы; 3 – водоносный горизонт; 4 – уровень с
внутренней стороны завесы; 5 – слой водоупорных пород
66

67.

2
4
3
Инъекционный барраж:
1 – скважина-инъектор; 2 – напорный водоносный
горизонт; 3 – инъекционная противофильтрационная
завеса; 4 – уровень воды с внутренней стороны завеса
67

68.

Криогенные (ледопородные) барражи
создаются путем искусственного
понижения температуры пород и
замораживания содержащейся в них
свободной воды. Лед цементирует частицы
пород и обеспечивает
водонепроницаемость массива горных
пород
68

69. Криогенные (ледопородные) барражи

рассольный,
безрассольный,
воздушно-рассольный,
воздушный
69