Способ укрепления крутых откосов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке глубоких горизонтов кимберлитовых трубок в условиях криолитозоны Севера. Способ укрепления крутых откосов включает проходку подземной выработки по периметру карьера за пределами зоны сдвижения горных пород в прибортовой части карьера, обуривание вееров скважин в вертикальных плоскости с размещением в скважинах тросовых анкеров и цементирование их. С целью повышения эффективности и надежности укрепления локальных участков трещиноватого породного массива крайнюю в веере вертикальную скважину делают сквозной для размещения элементов тросово-сетчатой завесы. Расстояние между концами скважин в веере а и горизонтальное расстояние между веерами b принимают не менее среднего размера структурного блока породы lстр. б и устанавливают по соотношению а≤lстр. б, b≤lстр. б, но не более длины, определенной по несущей способности крепежных канатов при навеске завесы и ее продольных параметров. Технический результат состоит в повышении эффективности и надежности укрепления массива, снижении материалоемкости и трудоемкости работ.1 з.п. ф-лы, 1 пр., 8 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке глубоких горизонтов кимберлитовых трубок в условиях криолитозоны Севера.

Известен способ укрепления откосов на карьерах при помощи канатов, пропускаемых через скважины, которые забуриваются с подуступа развала, сформированного из взорванной породы, по меньшей мере, двумя рядами, параллельными простиранию уступа, при этом канаты каждого ряда соединяют друг с другом, натягивают и фиксируют (см. RU 825956, кл. E21C 41/00, 1981).

Недостатками известного способа являются повышенная опасность проведения работ на развале взорванных пород и высокая трудоемкость ввиду значительной доли ручного труда.

Известен способ укрепления уступов на карьерах при помощи канатов, пропущенных через скважины до их выхода на поверхность уступа, которые бурят из штолен, пройденных со стороны откосов уступов (см. RU 840360, кл. E21C 41/00, 1981).

Недостатком известного способа является низкая эффективность крепления сильно трещиноватых и слоистых массивов.

Известен способ укрепления уступов при помощи цементации тросовых анкеров, вводимых в многозабойные наклонно направленные скважины с расширением участков скважин в забое (см. RU 1092246, кл. E02D 17/20, 21C 41/00, 1981).

К недостаткам известного способа можно отнести технически сложное осуществление забуривания и расширение указанных скважин с обеспечением требуемого заданного направления скважин.

По известному способу укрепление горного массива производится из предварительно пройденных подземных горных выработок по периметру карьера в массиве его уступа за пределами зоны сдвижения горных пород в прибортовой части карьера (см. Михайлов Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых: Подземная разработка рудных месторождений в сложных горно-геологических условиях: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений - М.: «Академия», 2008. - С.139-143). Способ используется при креплении трещиноватого горного массива. Крепление осуществляется с помощью анкеров, в качестве которых используются металлические тросы. Для усиления устойчивости горного массива стальные тросы устанавливают в скважины с последующей цементацией по веерам скважин. При этом достигают дополнительное усиление естественного свода горной породы. В горной промышленности полностью зацементированные тросовые анкера используются преимущественно для усиления массива трещиноватых горных пород.

Однако этот способ характеризуется отсутствием рекомендаций по размещению как самих скважин в веере, так и рядов вееров скважин в трещиноватом массиве, а также невозможностью регулирования из подземных выработок сохранения внешней части массива (на его откосе) от возможных обрушений, вывалов либо осыпаний.

Известен также способ предотвращения осыпания и удержания вывалов пород с откоса уступов на транспортные съезды с использованием тросово-сетчатых завес (см. Александров И.Н., Шмырко А.Н., Шубин Г.В., Кирюшин Д.И. Создание безопасных условий отработки сверхглубоких карьеров Якутии: (на примере доработки карьера трубки «Удачная»). - Новосибирск: Наука, 2005. - С.21-22) Основными элементами конструкции тросово-сетчатой завесы являются несущие анкера, комплект тросов различного диаметра, металлическая сетка «рабица», элементы соединения. Механизм работы тросово-сетчатой завесы основан на удержании и погашении кинетической энергии падающих кусков породы при осыпаниях или вывалах с откосов уступов борта.

Основным недостатком прототипа является невозможность глубинного укрепления трещиноватого массива, когда велика вероятность вывала значительных объемов пород из массива с разрушением тросово-сетчатой завесы. Кроме того, данный способ отличают высокие требования к несущей способности анкеров, а следовательно, значительные трудозатраты на забуривание скважин под металлические анкера и их установку в стесненных условиях рабочей зоны.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в повышении эффективности и надежности укрепления локальных участков трещиноватого породного массива.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в комплексном укреплении трещиноватого массива, как изнутри массива при помощи тросовых анкеров, введенных в веера скважин, обуренных из предварительно пройденной кольцевой буровой выработки, размещенной по периметру карьера в нижней его части, так и с его внешней стороны при помощи тросово-сетчатой завесы, размещенной на локальных участках откосов крутых уступов с использованием ее элементов, размещенных в предварительно созданных сквозных вертикальных скважинах.

Для решения поставленной задачи способ укрепления крутых откосов, включающий проходку подземной выработки по периметру карьера за пределами зоны сдвижения горных пород в прибортовой части карьера, обуривание вееров скважин в вертикальной плоскости с размещением в скважинах тросовых анкеров и цементирование их, отличается тем, что крайнюю в веере вертикальную скважину делают сквозной для размещения элементов тросово-сетчатой завесы, расстояние между концами скважин в веере а и горизонтальное расстояние между веерами b принимают не менее среднего размера структурного блока породы lстр. б и устанавливают по соотношению а≤lстр. б, b≤lстр. б, но не более длины, определенной по несущей способности крепежных канатов при навеске завесы и ее продольных параметров. Кроме того, у основания сквозной вертикальной скважины устанавливают металлический анкерный замок диаметром 3-5 диаметра скважины, причем крайние веера скважин размещают по границам локальных участков трещиноватого массива.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

В предлагаемом способе новыми признаками являются:

- использование нового принципа укрепления локальных участков трещиноватого массива как со стороны внутренней, так и внешней его частей;

- применение новой технологической схемы комплексного использования каждой из скважин вееров, пробуренных из подземной выработки, для размещения отдельных элементов анкерного крепления как из внутренней, так из внешней частей массива;

- использование новой схемы размещения скважин в веере и рядов вееров скважин в зависимости от параметров трещиноватости укрепляемого локального участка массива.

Все указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов крепления локальных участков трещиноватых массивов с крутыми откосами и обеспечивают следующие положительные свойства:

- длительную сохранность наиболее неустойчивой части трещиноватого массива;

- более надежное крепление замков анкеров при использовании всей длины сквозной подземной вертикальной скважины с использованием запорной плиты для крепления тросового анкера у ее основания;

- снижение стоимости и трудоемкости работ за счет использования подземных вертикальных скважин веера для размещения в них тросовых элементов тросово-сетчатой завесы вместо значительного числа скважин, забуриваемых с поверхности бермы;

- высокая степень механизации при производстве укрепительных работ.

Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема забуривания рядов вееров скважин из подземных буровых выработок и размещение тросово-сетчатой завесы, на фиг.2 схематически показан ее разрез по линии А-А, фиг.3 - разрез по линии Б-Б, фиг.4 - схема расположения сквозной вертикальной скважины в буровом штреке (узел 1), на фиг.5 показана схема расположения сквозной вертикальной скважины с крепежным замком в виде башмака у ее основания, фиг.6 - схема размещения тросового анкера в вертикальной сквозной скважине выходящего на поверхность откоса на всю длину закрепляемого участка тросово-сетчатой завесы, фиг.7 - общий вид укрепленных локальных участков по контуру карьера, фиг.8 - схема для расчета на примере отработки малой кимберлитовой трубки.

Способ укрепления локальных участков трещиноватого массива при постановке высоких уступов с крутыми углами откосов (вплоть до вертикальных) осуществляется следующим образом (см. фиг.1-7).

Из предварительно пройденных по периметру карьера кольцевых подземных выработок 1 осуществляют забуривание вееров скважин 2 для последующего ввода в них тросовых анкеров 3 и цементации скважин 4. Пробуренная в веере сквозная вертикальная скважина 5 (до выхода на горизонтальную поверхность верхней площадки 6 бермы крутого откоса уступа) предназначена для пропуска через нее крепежных канатов 7 для навески на них элементов тросово-сетчатой завесы 8 на крутом откосе уступа 9. Для обеспечения устойчивого закрепления крепежных канатов в вертикальной скважине ее основание оснащается металлическим башмаком (замком) 10, который при натяжении крепежных канатов при навеске тросово-сетчатой завесы плотно прилегает к поверхности свода подземной горной выработки в основании сквозной вертикальной скважины, выполняя функции замка анкера. Для закрепления начала тросового анкера диаметр башмака составляет 3-5 диаметра скважины (dскв). Крайние веера сквозных скважин размещают по границам локальных участков трещиноватого массива.

Проведение подземных горных выработок ведется традиционными способами с использованием буровзрывных работ на проходке либо с использованием комбайнового способа с помощью проходческих комбайнов. Кольцевая подземная горная выработка проходится за границей зоны сдвижения пород борта карьера 11.

Бурение вееров скважин осуществляется из буровой выработки при помощи буровой установки, например, Cabolt фирмы Tamrock. Она позволяет проводить крепление трещиноватого массива тросовыми анкерами длиной от 1,0 до 25,0-40,0 м. Установка Cabolt - это полностью механизированная электрогидравлическая буровая установка, которая ведет бурение, манипулирует штангами, подает цемент и тросы. При этом это полностью автономный и механизированный агрегат, управляемый одним человеком. Высокая степень механизации означает улучшенные условия работы и большую безопасность для оператора. Ходовое шасси специально разработано для использования в подземных условиях, его центрально-шарнирное соединение способствует дополнительной маневренности. При этом смешивание раствора происходит в растворосмесителе, расположенном на буровой установке. Место хранения мешков с цементом находится на задней части установки. В процессе работы установка Cabolt занимает устойчивое положение с помощью гидравлических домкратов. Рабочая платформа опускается на необходимый уровень для приема мешков с цементом. Цементный раствор подается в конец скважины через жесткий нейлоновый шланг. Установка имеет собственную систему подачи воды под высоким давлением, которая облегчает оператору процесс очистки смесителя и рабочего устройства. Для размещения тросовых анкеров используются буровые штанги диаметром 32 мм. Управление штангами полностью механизировано и осуществляется дистанционно. На барабане находится 900 м троса. В качестве тросовых анкеров используются стальные тросы с диаметром 15,2 мм с разрывным усилием 250 кН. В скважине трос цементируют цементным раствором. Наилучшие результаты достигаются при водоцементном отношении, равном 0,3. Низкое количество воды обеспечивает хороший предел прочности затвердевшего цемента и прочную связь между цементом и тросом. При необходимости увеличение разрывного усилия установка Cabolt позволяет разместить в скважине два троса, т.е. обеспечить разрывное усилие до 500 кН.

Для тросов бурят скважины диаметром 51 мм. После того как скважина пробурена на необходимую глубину, штанги убирают. Для подачи цементного раствора шланг вводится в забой скважины. По мере накачивания цементного раствора в скважину шланг убирается. При этом скважина перегружается раствором примерно на 20%, чтобы исключить образование воздушных карманов.

Подача и обрезка тросов полностью механизирована. Для наилучшего сцепления между цементным раствором и тросом последний должен быть чистым, поэтому он находится в нейлоновом шланге на всем расстоянии от задней буровой каретки до пробуренной скважины. За длиной троса можно наблюдать по цифровому глубиномеру. Когда трос установлен, его отрезает гидравлический резак. В случае установки троса в вертикальные скважины он может быть автоматически согнут во избежание выскальзывания.

Для достижения необходимого качества укрепления внутренней части трещиноватого массива расстояние между концами скважин a (тросовых анкеров) в веере и расстояние между веерами по горизонтали b принимают не более среднего размера структурного блока породы lстр. б, то есть a≤lстр. б; b≤lстр. б.

Расстояния между рядами вееров скважин b (фиг.3, 7), где устанавливаются крепежные канаты 7 в вертикальные скважины 5, определяется длиной локального участка нарушений, но не более 5 метров исходя из несущей способности крепежных канатов. Для повышения надежности крепления крепежных канатов в сквозной вертикальной скважине у ее основания располагают металлический башмак (анкерный замок). В нем закрепляется основание крепежного каната, диаметр башмака не менее 3-5 диаметров скважины (см. фиг.4-6).

Для установки тросово-сетчатых завес на локальных участках поверхности бермы выполняется следующий перечень работ:

- планировка предохранительной бермы 6, на которой предусматривается расположение крепежных канатов и отдельных коротких поверхностных анкеров под тросово-сетчатую завесу;

- тщательная оборка откосов уступов на участках размещения тросово-сетчатой завесы;

- бурение сквозных вертикальных скважин 5 из подземных выработок 1 и бурение отдельных коротких скважин 11 с поверхности под короткие анкера для закрепления траверсы;

- установка анкеров с использованием средств механизации;

- сооружение и установка траверсы с использованием бульдозеров, располагающихся на горизонте заложения анкеров и горизонте подъема завесы;

- формирование участков завесы из металлической сетки «рабица», их обвязка;

- соединение траверсой, подъем траверсы с сеткой на необходимую высоту.

Техническая сущность и преимущество нового технического решения раскрыты на примере отработки малой кимберлитовой трубки.

Исходные данные для расчетов (см. фиг.8):

- Глубина карьера, Нк=300 м;

- Угол откоса борта карьера, γ=50°;

- Диаметр кимберлитовой трубки, d=100 м.

Расчеты выполнены в следующей последовательности.

1. Определяем объем удаляемой горной массы из всего карьера - Vг.м. (по формуле усеченного конуса):

;

где Дп, Дд - диаметр карьера по дневной поверхности и по дну, соответственно, м.

Диаметр карьера по дну Дд равен диаметру кимберлитовой трубки на данной глубине, т.е. Дд=d=100 м. При этом диаметр карьера по дневной поверхности составит:

Дпд+2·Hк·ctgγ=100+2*300*0,8391=600 м

и объем удаляемой горной массы -

При использовании обычного способа планируемая глубина разработки составит 340 м. В этом случае

Дпд+2·Hк·ctgγ=100+2*340*0,8391=670 м

и объем удаляемой горной массы -

При этом выход горной массы составит:

V2=46,788-33,755=13,033 млн.м3

При использовании заявляемого способа:

V1=πR2H=3,14*502*40=0,314 млн.м3

В данном случае достигается уменьшение выхода горной массы на:

V3=13,033-0,314=12,719 млн.м3

Расчет прочности канатов устанавливают из условия, что стальные канаты работают на растяжение и изгиб. При расчете канатов в данном случае влияние изгиба принято не учитывать. Таким образом, канаты рассчитываются только по разрывному усилию на растяжение по следующей формуле:

S=R/k,

где S - допустимое усилие на канат в кг; R - разрывное усилие каната в кг, полученное по справочным сведениям, из технической характеристики или опытным путем в лаборатории; k - коэффициент запаса прочности каната.

Длительный опыт применения металлических канатов для сооружения тросово-сетчатых завес на глубоких карьерах в условиях Севера позволяет принимать с достаточным запасом прочности металлические канаты максимальным диаметром 32-37 мм с разрывным усилием не менее 139 кг/мм.

1. Способ укрепления крутых откосов, включающий проходку подземной выработки по периметру карьера за пределами зоны сдвижения горных пород в прибортовой части карьера, обуривание вееров скважин в вертикальной плоскости с размещением в скважинах тросовых анкеров и цементирование их, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности укрепления локальных участков трещиноватого породного массива, крайнюю в веере вертикальную скважину делают сквозной для размещения элементов тросово-сетчатой завесы, расстояние между концами скважин в веере а и горизонтальное расстояние между веерами b принимают не менее среднего размера структурного блока породы lстр б и устанавливают по соотношению а≤lстр б; b≤lстр б; но не более длины, определенной по несущей способности крепежных канатов при навеске завесы и ее продольных параметров.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что у основания сквозной вертикальной скважины устанавливают металлический анкерный замок диаметром 3-5 диаметра скважины, причем крайние веера скважин размещают по границам локальных участков трещиноватого массива.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, предназначено для изготовления пространственно-полимерных решеток (ППР), используемых для армирования строительных конструкций и укрепления слабых оснований промышленных и гражданских сооружений, откосов береговых линий и русел водоемов, при строительстве аэродромов, дорожных одежд, откосов, подпорных стенок.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при расположении противофильтрационной геомембраны в грунтах. .

Изобретение относится к горному делу, а именно к обеспечению устойчивости уступов бортов карьеров, и в сочетании с георешеткой или геопокрытиями оно может быть использовано также для укрепления неустойчивых откосов при строительстве автомобильных и железных дорог в горной местности в сейсмоопасных районах.

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям оснований грунтовых площадок, и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов, при быстром возведении дорог, аэродромов, площадочных объектов, укреплении береговой полосы и различных откосов.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу монтажа опор и оборудования станций подвесных канатных дорог, сооружаемых на пересеченной местности со сложным ландшафтом, в том числе в горных районах.

Изобретение относится к войсковым оборонительным сооружениям и может использоваться в качестве ограждающих конструкций, применяемых при фортификационном оборудовании позиций и районов расположения войск, а также при строительстве различных защитных сооружений и заграждений, при строительстве гидротехнических сооружений и усилении откосов дорог.

Изобретение относится к области строительства. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при освоении склонов, на которых могут произойти оползни в суглинистом или глинистом грунте. .

Изобретение относится к горному делу, а именно к обеспечению устойчивости оползнеопасных бортов карьеров, склонов и отвалов. .

Изобретение относится к строительству, а именно к укреплению откосов склонов для защиты и озеленения. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для укрепления уступа карьера

Изобретение относится к области строительства, а именно к укреплению армированием грунтов склонов, откосов, насыпей, засыпок подпорных стенок, а также оснований сооружений

Изобретение относится к области строительства и горного дела и может быть использовано при креплении уступов карьеров, строительстве дорог, тоннелей, подверженных воздействию грунтовых вод

Изобретение относится к природоохранному обустройству горных и предгорных ландшафтов и может быть использовано в качестве анкеров для противооползневых сооружений

Изобретение относится к природоохранному обустройству горных и предгорных ландшафтов и может быть использовано в качестве анкеров для противооползневых сооружений

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к гибкому бетонному покрытию для защиты берегового откоса или склона, которое предназначено для укладки его на грунтовом береговом откосе или склоне, подверженном размыву

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при создании противофильтрационной защиты ложа каналов и водоемов различного назначения. Способ включает укладку на откосе 1 сооружения противофильтрационных элементов из гибких листов 5 отработавшего срок службы полимерного материала. Противофильтрационные элементы изготавливаются в заводских условиях из утилизированных автопокрышек в виде гибких листов путем их переработки в резиновую крошку фракции от 1,0 до 3,0 мм и ее каландрирования в виде листов заданных размеров. Гибкие листы 5 укладывают на дно 2 и откосы 1 канала или водоема по всему периметру со склейкой швов и креплением листов для устойчивости покрытия на откосах металлическими шпильками 3 и в верхней части на уступе 4 бровки сооружения. Гибкие листы для удобства транспортировки и укладки выполняют размерами: толщиной - 1,0-2,0 см, шириной - 1,0-1,5 м, длиной - 5,0-10,0 м, и сворачивают в рулоны диаметром до 0,5 м и весом до 500 кг. Применение гибких листов из отработавших шин ввиду их значительной толщины и высокой сопротивляемости повреждениям исключает необходимость устройства защитных покрытий. Противофильтрационное покрытие имеет высокую ремонтопригодность, а высокая гибкость покрытия обеспечивает надежность его работы в условиях возможных деформаций основания. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к сооружениям, обеспечивающим борьбу с оползневыми явлениями на объектах газотранспортной системы и иных объектах промышленной инфраструктуры. Противооползневое сооружение включает в себя матрацы Рено и деревянные колья (сваи). Имеет неподвижные анкера, установленные и забетонированные на участке, не подверженном оползневым явлениям, соединенные с удерживающими плетьми, расположенными через необходимое расстояние под матрацами Рено, и балки, расположенные над матрацами Рено, связывающие удерживающие плети между собой. Технический результат состоит в обеспечении создания надежного противооползневого сооружения с повышенной устойчивостью на крутых склонах и равномерно воспринимающих нагрузку. 1 илл.

Изобретение относится к конструкциям, обеспечивающим борьбу с оползневыми явлениями на объектах газотранспортной системы и иных объектах промышленной инфраструктуры. Устройство фиксации грунта откоса содержит георешетки, анкера, щебень и/или другой сыпучий материал. Ячейки георешетки, расположенные на вершине откоса и на центральной части откоса, заполнены пенобетоном, а ячейки георешетки, расположенные в основании откоса, заполнены щебнем. Технический результат состоит в повышении эффективности существующих устройств укрепления откосов, что приведет к снижению возникновения опасных геологических проявлений. 1 ил.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям для укрепления берегов, дамб, русел и поверхностей иных объектов. Гибкий бетонный мат содержит бетонные блоки, соединенные между собой порядно и в рядах с зазором замоноличенным канатом. В бетонных блоках гибкого мата по первому варианту частично замоноличены два металлических элемента, выполненных с возможностью создания сварного соединения с дополнительным общим жестким металлическим элементом для фиксации их взаимного положения. Замоноличенные металлические элементы соединены с бетонными блоками так, что способны выдержать не менее чем двукратный вес бетонного блока. Частично замоноличенный металлический элемент имеет толщину более 1,5 мм и длину и/или ширину не менее 10 мм в своей незамоноличенной части. Второй вариант гибкого бетонного мата содержит, по меньшей мере, две металлические пластины, частично замоноличенные в соседних бетонных блоках. Пластины имеют толщину от 1,5 мм до 5 мм, длину и ширину незамоноличенной части не менее 10 мм. Взаимное положение бетонных блоков зафиксировано посредством, по меньшей мере, одного прямого или изогнутого жесткого металлического элемента, приваренного к замоноличенным пластинам. Исключены произвольные смещения бетонных блоков относительно друг друга после размещения гибкого бетонного мата на защищаемой поверхности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке глубоких горизонтов кимберлитовых трубок в условиях криолитозоны Севера

Наверх