Способ отвалообразования в зоне возможных обрушений

(51)4 Е 21 С 41 ОСУДАРСТВЕННЫЙ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ТЕТ СССРИ ОТКРЫТИИ х ледователь югический институт олезных ным ра- маркшей И, Борщ- цсов нические овторной 198 пыт испольижений дляпород. - Гос, 51-53. иг. Ю(46) 07,0.87, Бюл,1 (71) Всесоюзный научно-исс ский, конструкторско-техног и проектно-изыскательский, по осушению месторождений п ископаемых, специальным гор ботам, рудничной геологии 1 дерскому делу(56) Казикаев Д. М. Геомеха процессы при совместной и и разработке руд. - М:, Недра с. 166-171.Лубенец В. А, и др, О зования зоны опасных сдв складирования вскрышных ный журнал, 1984, Р 12,(54) СПОСОБ ОТВАЛООБРАЗОВАИ В ЗОНЕВОЗМОЖНЫХ ОБРУШЕНИЙ(57) Изобретение относится к горномуделу и может быть использовано преимущественно при погашении пустотпосле отработки залежей, выходящихпод насосы. Цель изобретения - повышение безопасности отвалообразованияпутем управления процессом разрушения потолочного целика (ПЦ) 3 и предотвращения оползневых явлений в отвале. После окончания горных поро,.по выемке залежи над образОвавшейсяпустотой 1 формируется свод 2 естественпого равновесия с ПЦ 3 и границами зоны возможного воронкооб 1 азования (ЗВ) 4, На поверхности основания производят отсыпку вскрышныхпород (П) с продвиганием Фронта отвальных работ к ЗВ 4. До подходафронта отвальных работ к ЗВ 4 с внеш.ней стороны ее границы формируют1281670 РаИМк дамбу 8 массой, не превышающей несущей способности основания. Затемпродолжают отсыпку вскрышных П в направлении сформированной дамбы 8.Для разрушения ПЦ 7 массу отвала вприоткосной его части доводят до величины, определяемой из выраженияцо,ьКЯ , где Яь - масса Пв приоткосйой части отвала, ограниченной поверхностью скольжения, т;К - коэффициент, учитывающий велиИзобретение относится к горному делу и может быть использовано преимущественно при погашении пустот после отработки залежей, выходящих под наносы. 511 ель изобретения - повышение безопасности отвалообразования путем управления процессом разрушения потолочного целика и предотвращенияЮ оползневых явлений в отвале.1На 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. зоСпособ 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, й - масса П призмыоснвыпирания при ширине призмы в 1 мопределяется зависимостью Я4/3к 3 ф 1 Ь , где т - плотность П восновании при естественном состоянии,з,кг/м ; 1 - длина призмы выпирания,м; Ь . - мощность наносов, м. Разрушение ПЦ 3 приводит к развитию воронки обрушения, которая засыйаетсявскрышными 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 отвала1при высоте Ь не вызывает нарушенияоего устойчивости.Одну половину длины 1/2 призмы 7 выпирания используют для наращивания отвала, другую - для формирования дамбы 8 (пионерского контрбанкета). Дамбу 8 создают из пород вскрыши с внешней стороны границы зоны возможного воронкообразования для уравновешивания нагрузки на основание от массы отвала при его наращивании наевысоту Ь 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 о, отвала. Нагрузка от массы дамбы не должна превышать несущую способность основания, потолочного целика и не вызывать ополэневых явлений. При этом высота дамбы определяется по формулегде Р - несущая способность основания отвала, МПа (определяет-.ся по опытным данным);ф. - плотность пород дамбы в упК злотненном состоянии, кг/м . .5Размеры призмы выпирания от нагрузки масс отвала и дамбы могут быть получены в результате графоацалитического построения поверхностей скольжения. 1 ОШирина дамбы тдоверху 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 воронкообразовация. После формирования дамбы осуществляют наращивание отвала из породвскрыши смешанного состава, а достигнув внутреннего откоса 9 дамбы,складируют скальные породы. Прц наращивании отвала из пород скальной 25вскрьшди при подходе его к зоне возможного вороцкообраэованил призмавыпирания формируется только последостижения контура 10 отвала контурадамбы. При этом нагрузка от массы ЗО, отвала создает эксцентриситет и вызывает поворот призмы выпирацпя почасовой стрелке, которая распространяется на глубину и деформирует потолочину пустоты. Активизацдддд процесса разрушения способствует профиль отвала, который перед разрушением приобретает выпуклую форму.Так как угол К откоса дамбы больше,чем угол сl., откоса отвала, а поверхность 11 скольжения формируется свыходом на откосцую часть отвала,тогда разгрузочная площадка 12 находится в безопасной зоне. Поверхность скольжения может быть построена графоаналитцческим методом,В связи с тем, что формированиепризмы выпирания повышает сдвцгадо. щие горизонтальные усилия Т в пятесвода естественного равновесия иуменьшает за счет деформировацця ко.эффицддеддт вцутреццего трения наносов,условие равновесия естественногосвода подземной пустоты нарушается,что мгновенно приводит к развитиюворонки 13 обрушения.Кроме этого экспериментально установлено, что углы воронкообразовацияг,. Осоставляют 5 к вертикали, поэтомуЯК Я масса пород в прцоткоснойчасти отвала, ограниченнойповерхностью скольжения, т;коэффициент, учитывающийвеличину угла внутреннеготрения пород осцованця отвала (определяемьпд по таблице);масса пород в призме выпирания, которая определяется завддсддмостью (при ширине призмы в 1 м) где Ц О,осн. Ц с4(3) где Г - длдддда призмы выпирания, и;мощность даддосов р м- плотность пород в основдницпри естественном состоянии,кг/мз Прц К3 состояние призмы выпирания (потолочины) устойчивое, при 1К3 появляются трещины в основании и откосе, а при К с 1 наблюдается возникновение и обрудд/ение призмы выпирания (потолочицы) ц погашение пустоты отвальными массами. Эмпирический коэффддциент К получен ддэ опыта наблюдециц за формированием призмы выпирания и поверхности скольжения в отвале ца слабом основании. Значение коэффддцддеддта К можно вычислить из эмпирического выражения 2 зжУК1 - зепУ где д - угол внутреннего трения.Возникновение призмы выпиранияпроисходит ирц К с 1, цо при этоммасса отваца должна превышать несущую способность основания, что регулируется высотой отвала и его объемной массой в 1 мэ,Для того, чтобы призма выпиранияраспространилась ца глубину свода естественного равновесия пустоты, высо-,ождддаемьддд 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 выражения1281 б 70 ного обрушения организовать ежесмен- -ные инструментальные наблюдения заоседанием горизонтальной разгрузочной площадки. где Я - масса пород в приоткоснойотб.части отвала, ограниченнойповерхностью скольжения, т 1К - коэффициент, учитывающийвеличину угла внутреннеготрения пород основания отвала; та отвала должна быть не менее мощности наносов,Баланс масс отвала и основанияоценивают путем сравнения двух областей: одной, заключенной между поверхностью откоса отвала, поверхно- Погашение подземных пустот й востью скольжения до пересечения с по- ронок обрушения скальной вскрышейдошвой отвала и подошвой отвала, и повышает несущую способность основадругой, заключенной между земной по- ния отвала, что позволяет производитьверхностью и поверхностью скольжения, дальнейшее наращивание высоты отвала10образующих призмы выпирания. на слабом основании.До подхода фронта отвалообразования к контуру откоса дамбы и зонеВ случае, если произойдет задержкасдвижения горных пород в качестве от 15 выхода воронки обрушения в ожидаемойсыпанных пород могут быть использовазоне поверхности откоса, дальнейшуюны любые породы вскрыши, напримеротсыпку отвала производят вдоль ожисмешанного состава ЗОХ - скальных,даемого контура обрушения, и таким0 ь - рыхлых пород), а в зоне дамбыобразом, создают более высокую кони сдвижения " отвальная масса должна20 центрацию разрушающих напряжений, косодержать не менее 807. скальных поторая в дальнейшем приводит к разрурод.шению потолочного целика.Таким образом, активная масса пород в приоткоспой части отвала, которая формирует призму выпирания иф о р м у л а изобретенияразрушает потолочный целик, находится в области ограниченной части поСпособ отвалообразования в зоневерхности откоса и поверхности скольвоэможных обрушений, включающий отжения, Минимальная высота отваладолжна превышать мощность наносов и основания с подвиганием фронта отможет быть определена по формулевальных работ к зо евальных ра от к зоне воронкообразоваН =Ь +10 зхпй ния, разрушение потолочного целикао Цотработанной залежи массон отвала игде Н, - высота отвала, м;последующую засыпку воронки обрушения- мощность наносов ивскрышными породами, о т л и ч а ю -35щ и й с я тем, что, с целью повышеПри высоте отвала Н,-, скальных по- ния безопасности отвалообразованиярод, рассчитанной по этой формуле, путем управления процессом разрушенияв наносах за счет силы тяжести от- потолочного целика и предотвращениявальнои массы. создается давление, ,10 оползневых явлений в отвале, до подпод влиянием которого в потолочине хода фронта отвальных работ к зонеподземной пустоты образуются разру- воронкообразования с внешней сторонышающие ее поверхности скольжения, границы последней из вскрышных породформирующиед выход воронки обрушения формируют дамбу массой, не превышаюна"земную поверхность. А 5 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 дляной пустоты породами разрушенной по- разрушения потолочного целика опредетолочины, дамбы и отвальными массами. 5 О ляют иэ выражения:При дальнейшем формировании отвалаоОть 1 аспроисходит окончательное заполнениепустоты через образовавшуюся воронкудругими породами вскрыши, напримерсмешанного состава. 55Для обеспечения контроля за безопасностью работ по отвалообразованиюнеобходимо при подвигании фронта разгрузки вскрышных пород к зоне возмож1281670 где 3 4 Я - масса пород призмы выпираоенния при ширине призмы в1 м, определяемая зависи- мостью Т - плотность пород в основаниипри естественном состоянии,кг/мз, - длина призмы выпирания, м; Ь - мощность наносов, м.11281670 Редакто аэ 7232/25ВНИИПИ раж 455 Подписное Государственного комитета СССР елам изобретений и открытий оскиа, Ж-.35, Раушская наб д 5 3035 Ужгород, ул водственно-полиграфическое предприяти Составитель Л. Завьяловолкова Техред И.Ходанич Корректор О. Луговая