Способ отвалообразования в зоне возможных обрушений

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимз щественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под насосы. Цель изобретения - повы-- шение безопасности отвалообразованин путем управления процессом разрушения потолочного целика (ТЩ) 3 и предотвращения оползневых явлений в отвале . После окончания горных пород по выемке залежи над образовавшейся пустотой 1 формируется свод 2 естественного равновесия с ПЦ 3 и границами зоны возможного воронкооб15 азования (ЗВ) 4. На поверхности основания производят отсыпку вскрышных пород (п) с продвиганием фронта отвальньгх работ к ЗВ 4. До подхода фронта отвальных работ к ЗВ 4 с внешней стороны ее границы формируют § (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 Е 21 С 41 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

2 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f 2 У/ b

Риг. Л (21 ) 3918801/22-03, (22) 19,04 ° 85 (46) 07,01,87, Бюл. Ф 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, конструкторско-технологический и проектно-изыскательский институт, по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) 10, М. Николашин, В, И, БорщКомпониец, Д. М. Камышников и В, И. Грицаенко (53) 622,271(088.8) (56) Казикаев Д. M. Геомеханическпе процессы при совместной и повторной разработке руд. — M: Недра, 1981, с. 166-171.

Лубенец В. А, и др. Опыт использования зоны опасных сдвижений для складирования вскрышных пород. — Горный журнал, 1984, N - 12,-с, 5,-53.

ÄÄSUÄÄ 1281670 А1 (54) СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВА!!И! В ЗОНЕ

ВОЗМОЖНЫХ ОБРУШЕНИ1! (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под насосы. Цель изобретения — повы-шение безопасности отвалообразования путем управления процессом разрушения потолочного целика (ПЦ) 3 и предотвращения оползневых явлений в отвале. После окончания горных поро,1 по выемке залежи над образОвавшейся пустотой 1 формируется свод 2 естественного равновесия с ПЦ 3 и границами зоны возможного воронкообразования (ЗВ) 4, На поверхности основания производят отсыпку вскрышных пород (П) с продвиганием фронта отвальных работ к ЗВ 4. До подхода фронта отвальных работ к ЗВ 4 с внешней стороны ее границы формируют

1281670

ah к дамбу 8 массой, не превышающей несущей способности основания. Затем продолжают отсыпку вскрышных П в направлении сформированной дамбы 8.

Для разрушения ПЦ 7 массу отвала в приоткосной его части доводят до величины, определяемой из выражения

Ц,„> K Я „, где Q,„ь — масса П в приоткосйой части отвала, ограниченной поверхностью. скольжения, т;

К вЂ” коэффициент, учитывающий велиИзобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под наносы. 5

Цель изобретения — повьппение безопасности отвалообразования путем управления процессом разрушения потолочного целика и предотвращения оползневых явлений в отвале.

На фиг. 1 изображен схематичный разрез земной поверхности отвала до его подхода к зоне сдвижения горных пород и пустоты отработанной залежи 15 подземными горными работами; на фнг. 2 — то же, участок со сформированной дамбой (пионерным контрбанкетом) и начальная стадия отсыпки отвала из скальных пород в зоне дамбы; 20 на фиг. 3 — то же, участок со сформированной призмой выпирания в потолочном целике и поверхностями скольжения в отвале скальных пород, на фиг. 4 — то же, участок после выдавливания основания разрушения потолочного целика и формирования воронки обрушения; на фиг. 5 — то же, участок после погашения пустоты воронки и дальнейшее развитие отвала. 30

Способ осуществляют следующим образом.

После окончания горных работ по выемке залежи над образовавшейся подземной пустотой 1 формируется свод 35 естественного равновесия 2 с потолочным целиком 3, границами эоны возможного воронкообразования 4 и сдвижения горных пород 5. чину угла внутреннего трения П основания отвала, A — масса П призмы осн выпирания при ширине призмы в 1 м определяется зависимостью Я,„ 4/3

° g ° t h где т — плотность П в основании при естественном состоянии, 3. кг/м ; 1 — длина призмы выпирания, м; h „. — мощность наносов, м. Разрушение Пц 3 приводит к развитию воронки обрушения, которая засыйается вскрьппными.П. 5 ил, Подвигание отвала 6 к границе эоны сдвижения горных пород осуществляют на расстояние не менее половины длины призмы 7 выпирания, находящейся в состоянии предельного равновесия, т.е. нагрузка от массы отвала

1 при высоте h не вызывает нарушения о его устойчивости.

Одну половину длины l/2 призмы 7 выпирания используют для наращивания отвала, другую — для формирования дамбы 8 (пионерского контрбанкета).

Дамбу 8 создают из пород вскрьппи с внеш. ей стороны границы зоны возможного воронкообразования для уравновешивания нагрузки на основание от массы отвала при его наращивании на

В высоту h< и для защиты зоны возможного воронкообразования от скатывания кусков породы при разгрузке вскрышных пород горно-транспортным оборудованием, что создает на завершающем этапе благоприятные условия для формирования воронки обрушения и погашения пустоты.

Формирование дамбы 8 производят укаткой слоями толщиной не более

1 м для придания углам откосов д. ее большей крутизны, чем у откоса cL, отвала.

Нагрузка от массы дамбы не должна превышать несущую способность основания, потолочного целика и не вызывать ополэневых явлений. При этом высота дамбы определяется по формуле

)281670 где P — несущая способность основания отвала, MIIa (определяет-. ся по опытным данным); ф — плотность пород дамбы в упК з лотненном состоянии, кг/м

Размеры призмы выпирания от нагрузки масс отвала и дамбы могут быть получены в результате графоаналитического построения поверхностей скольжения. 10

Ширина дамбы 11оверху и понизу определяется параметрами технологического оборудования по ее возведению, длиной призмы выпирания и может быть равна ширине зоны сдвижения горных пород, т.е, между ее границей на поверхности и границей эоны возможного воронкообразования.

После формирования дамбы Осущест- gp вляют наращивание отвала из пород вскрыши смешанного состава, а достигнув внутреннего откоса 9 дамбы, складируют скальные породы. Прп наращивании отвала из пород скальной 25 вскрьш1и при подходе его к зоне возможного воронкообраэованил призма выпирания формируется только после достижения контура 10 отвала контура дамбы. При этом нагрузка от массы 30, отвала создает эксцентриситет и вызывает поворот призмы выпиранпя по часовой стрелке, которая распространяется на глубину и деформирует потолочину пустоты. Активизац1п1 процесса разрушения способствует про \ филь отвала, который перед разрушением приобретает выпуклую форму.

Так как угол d. откоса дамбы больше, чем угол сl., откоса отвала, а поверх- 4р ность Il скольжения формируется с выходом на откосную часть отвала, тогда разгрузочная площадка 12 находится в безопасной зоне. Поверхность скольжения может быть постро- 45 ена графоаналитическим методом.

В связи с тем, что формирование призмы выпирания повышает сдвигаю. щие горизонтальные усилия Т в пяте свода естественного равновесия и уменьшает за счет деформировапия коэффиц11ент внутреннего трения наносов, условие равновесия естественного свода подземной пустоты нарушается, что мгновенно приводит к развитию воронки 13 обрушения.

Кроме этого экспериментально установлено, что углы воронкообразования

r,. 0 составляют 5 к вертикали, поэтому

Q ) К Q„„ масса пород в приоткосной части отвала, ограниченной поверхностью скольжения, т; коэффициент, учитывающий величину угла внутреннего трения пород основания отвала (определяемьп1 по таблице); масса пород в призме выпирания, которая определяется зависимостью (при ширине призмы в 1 м) где Ц„

О осн.

Ц с — Г 11

4 (3) где à — длина призмы выпирания, и; .

11„ — ИОЩПОСТЬ НаНОСОВр Mg

1!лот11ость порОд в Основ 1нии при естественпом состоянии, кг/м з

При К > 3 состояние призмы выпирания (потолочины) устойчивое, при

1 с К - 3 появляются трещины в основании и откосе, а при К а 1 наблюдается возникновение и обруп/ение призмы выпирани11 (потолочины) и погашение пустоты отвальными массами.

Эмпирический коэфф11циент К получен иэ опыта наблюдений за формированием призмы выпирания и поверхности скольжения в отвале на слабом основании.

Значение коэффициента К можно вычислить из эмпирического выражения

2 sin

К = — —. у

1 — sin где Ч вЂ” угол внутреннего трения.

Возникновение призмы выпирания происходит при К < I, но при этом масса отвала должна превышать несущую способность основания, что регулируется высотой отвала и его объемной массой в I мэ.

Для того, чтобы призма выпирания распространилась на глубину свода естественного равновесия пустоты, высо-. ожидаемый выход воронки после разрушения потолочного целика окажется нг земной поверхности, а не на верхней горизонтальной разгрузочной площадке отвала.

Чтобы разрушение потолочного целика осуществить призмой выпирания, массу приоткосной части отвала опре-деляют из выражения

1281б70 ного обрушения организовать ежесмен- — ные инструментальные наблюдения за оседанием горизонтальной разгрузочной площадки. где Я вЂ” масса пород в приоткосной ото .части отвала, ограниченной поверхностью скольжения, т

К вЂ” коэффициент, учитывающий величину угла внутреннего трения пород основания отвала; та отвала должна быть не менее мощности наносов.

Баланс масс отвала и основания оценивают путем сравнения двух областей: одной, заключенной между по- 5 верхностью откоса отвала, поверхно- Погашение подземных пустот и востью скольжениЯ До пеРесечениЯ с по- ронок обрушения скальной вскрышей дошвой отвала и подошвой отвала, и повышает несущую способность основадругой, заключенной между земной по ния отвала, что позволяет производить верхностью и поверхностью скольжения, дальнейшее наращивание высоты отвала

10 образующих призмы выпирания. на слабом основании.

До подхода фронта отвалообразования к контуру откоса дамбы и зоне

В случае, если произойдет задержка сдвижения горных пород в качестве от15 выхода воронки обрушения в ожидаемой сыпанных пород могут быть использовазоне поверхности откоса, дальнейшую ны любые породы вскрыши, например отсыпку отвала производят вдоль ожисмешанного состава (ЗОХ вЂ” скальных, даемого контура обрушения, и таким

Оь — рыхлых пород), а в зоне дамбы образом, создают более высокую кони сдвижения - отвальная масса должна

20 центрацию разрушающих напряжений, косодержать не менее 807. скальных поторая в дальнейшем приводит к разруродв шению потолочного целика.

Таким образом, ак"ивная масса пород в прио гкоспой части отвала, которая формирует призму выпирания и

Формула изобретения разрушает потолочный целик, находится в области ограниченной части поСпособ отвалообразования в зоне верхности откоса и поверхности скольвоэможных обрушений, включающий отжения. Минимальная высота отвала должна пРевышать мощность наносов и, основания с подвиганием фронта отможет быть определена по формуле вальных работ к зо е вальных ра от к зоне воронкообразоваН = h + 10 sin<3 ния, разрушение потолочного целика о отработанной залежи массон отвала и где Н, — высота отвала, м; последующую засыпку воронки обрушения — мощность наносов и вскрышными породами, о т л и ч а ю—

35 шийся тем, что, с целью повыше. Пр высоте отвала Н,-, скальных по- ния безопасности отвалообразования род, рассчитанной по этой формуле, путем управления процессом разрушения в наносах за счет силы тяжести от- потолочного целика и предотвращения вальнои массы. создается давление, щ оползневых явлений в отвале, до подпод влиянием которого в потолочине хода фронта отвальных работ к зоне подземной пустоты образуются разру- воронкообразования с внешней стороны шающие ее поверхности скольжения, границы последней из вскрышных пород формируюшие выход воронки обрушения формируют дамбу массой, не превышаюна"земную поверхность. р5 щей несущую способность основания, Одновременно с разрушением иотоло- после чего продолжают отсыпку вскрышчины и образованием в откосе отвала ных пород в направлении сформированворонки происходит погашение подзем- ной дамбы, причем массу отвала для ной пустоты породами разрушенной по- разрушения потолочного целика опредетолочины, дамбы и отвальными массами. 5О ляют из выражения:

При дальнейшем формировании отвала о Ь / "ace происходит окончательное заполнение пустоты через образовавшуюся воронку другими породами вскрыши, например смешанного состава. 55

Для обеспечения контроля за безопасностью работ по отвалообразованию необходимо при подвигании фронта разгрузки вскрышных пород к зоне возмож1281670 где

Q — масса пород призмы выпираоен ния при ширине призмы в

1 м, определяемая зависимостью

Т mo HocTx nopop a основ HHH при естественном состоянии, кг/м з — длина призмы выпирания, м; — мощность наносов, м.

1281670

Составитель Л. Завьялов

Редактор Г. Волкова Техред М.Xоданич корректор О. Луговая

Заказ 7232/25

Тираж 455 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д.. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4