Способ укрепления откосов уступов применением тросовой системы
REINFORCEMENT METHOD OF BANK SLOPES BY USING WIRE ROPE SYSTEM

Известен способ укрепления уступов, заключающийся в том, что откос уступа укрепляют анкерами [1].
Недостатком способа является то, что с течением времени по мере выветривания пород анкерная связь с массивом ослабляется и откос постепенно ослабляется.
Известен способ укрепления уступов применением свай [2].
Недостатком способа является то, что укрепляется в основном верхняя часть уступа и недостаточно связывается большая часть массива при мелкоблочной структуре пород.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, приведенный в работе [3].
Недостатком способа является то, что не достигается в долговременном плане устойчивость откосов. Откосы постепенно деградируют и обрушаются.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности укрепительных работ и обеспечение сохранности устойчивости откоса на длительное время без выполаживания откоса.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе с укреплением откоса сваями и анкерами укрепление происходит до момента, пока не начнется выпадение камней из откоса и его выполаживание, и для исключения разрушения откоса, достигшего 20-30% от величины сцепления, применяют укрепительную систему, отличающуюся тем, что устанавливают несущие сваи за призмой возможного разрушения откоса, их связывают между собой, чтобы повысить несущую возможность системы на значительном промежутке уступа, и от несущих свай протягивают тросы по откосу до его подножья и с натягом их закрепляют к удерживающим сваям, а для исключения выпадения крупных и средних блоков из откоса применяют поперечные тросы таким образом, чтобы ячея решетки соответствовала распределению крупных блоков в уступе, для чего в месте сочленения тросов их укрепляют анкерами к массиву через текстолитовые или прочные полиэтиленовые плиты к откосу, причем при мелкоблочной структуре массива отдельные участки покрывают торкрет-бетоном и такая укрепительная система до конца отработки карьера исключает выполаживание откоса, при этом массив достигает предельного состояния за счет оставшихся значений сил сцепления и сил удержания тросовой системы.
В настоящее время при разработке месторождений глубокими карьерами особенно важно своевременное укрепление уступов на участках, где породы массива могут разупрочняться как за счет действия техногенных нагрузок (массовых взрывов в карьерах), так и за счет выветривания пород. Особенно актуальны эти работы в верхней части геологического разреза, в зонах коры выветривания, где массивы пород трещиноваты, обладают небольшим сцеплением и по мере разработки месторождения могут разупрочняться-осыпаться и иногда обрушаться. Особенно необходимо укрепление участков в зоне трасс прокладки магистральных конвейеров и генеральных автодорог, зданий, сооружений на борту карьера.
Эти работы важны, поскольку деформации уступов или их обрушение приводит к самым негативным последствиям, в том числе к остановкам в работе карьера, поломкам оборудования и к другим чрезвычайным происшествиям.
Оползни и обрушения могут привести к ущербу в десятки миллионов рублей, что имело место на некоторых карьерах как у нас в стране, так и за рубежом.
Рассчитываемое укрепление тросами и сваями предполагает удержание блочных пород в массиве в предельном состоянии при разупрочнении с учетом внутреннего трения и остаточного сцепления пород.
На чертежах фиг. 1-7 приведены основные фрагменты объекта применения и основные элементы предлагаемого способа.
Фиг. 1. Общий вид объекта применения: 1, 2, 3, - соответственно наклонный, крутонаклонный и вертикальный уступы; 4 - уступ при выполаживании.
Фиг. 2. Схема разрушения массива блочных пород под действием техногенных нагрузок и выветривания, ABC - укрепляемый клин сдвиг; 5 -возможный вертикальный откос; 6, 7, 8 - соответственно откосы при заоткоске под углами 75, 70, 58-60°; 9 - предельное положение откоса без укрепления.
Фиг. 3. Схема укрепления откоса с действующими усилиями сдвига: 10 - поперечный трос; 11 - продольный трос; 12 - клин сдвига; 13 - укрепляемый «козырек» уступа; 14 - вероятная поверхность скольжения; 15 - наклонная поверхность сдвига; 16 - свая.
Фиг. 4. Схема укрепления в плане с системой тросов: 10, 11 - соответственно поперечные и продольные тросы; 16, 17 - соответственно сваи в верхней и нижней укрепительной системе.
у
1
2
Фиг. 5. Общая схема укрепления уступа в аксонометрическом виде: 13 - укрепляемый «козырек» уступа; 16, 17 - соответственно сваи вверху и внизу уступа; 18 - прижимная плита с отверстиями и без них (железобетон, текстолит); Н - высота уступа; е, е - соответственно расстояние между тросами.
3
4
Фиг. 6. Схема укрепления крутонаклонного уступа с элементами укрепления: 10, 11 - соответственно поперечные и продольные тросы; 16, 17 - соответственно сваи вверху и внизу уступа; 18 - прижимная плита; 22 - укрепление участка мелкоблочных пород (пластины, торкрет-бетон), е, е - расстояние между тросами.
Фиг.7. Общий вид прижимной плиты (18): 19, 20 - соответственно вертикальная и горизонтальная пластины под тросами (металлические); 21 - отверстия для крепления.
Пример выполнения
Предлагаемое изобретение может быть использовано на многих карьерах, где отстраиваются высокие и крутые откосы уступов 1, 2, 3 и бортов карьеров, в том числе на Ковдорском глубоком карьере, карьерах АО «Апатит», таких как Коашвинский, карьер рудника Центральный и других карьерах страны.
Первоначально необходимо правильно выбрать объект применения изобретения. Наибольший эффект достигается на тех участках, где массив характеризуется блочностью, имеющий небольшое сцепление между блоками (до 0,2÷0,3 МПа), которые за счет сотрясательных взрывов и выветривания пород склонны терять свою устойчивость, осыпаются и выполаживаются 4. Изменение угла наклона откосов 6, 7, 8, 9 происходит с 70-75° до 55-50° и больше. Выполаживание уступов на участках, где проведены трассы конвейерных линий или оборудованы дробильные устройства, вообще недопустимо.
Поэтому на таком участке ведут укрепление уступов предлагаемым способом.
1
2
По материалам геологоразведки и маркшейдерским данным устанавливается распределение крупных структурных блоков в откосах массива. Затем определяют размер ячеи укрепительной (е, е) с учетом распределения блоков в массиве.
С учетом предельных сдвигающих усилий на площадке предохранительной бермы за пределами призмы сдвижения бурятся скважины диаметром, например, 200-250 мм через 3-5 м глубиной 2-3 м и углом 20-30° относительно вертикальной плоскости в противоположную сторону от призмы сдвига, чтобы еще больше продлить устойчивое состояние свай 16, и на сваи надевают оголовок от тросов, и последние протягивают сверху вниз по откосу уступа, где с натягом с помощью гидродомкрата прикрепляют специальным замком к сваям 17, пробуренным у подножья уступов также диаметром 200-250 мм и глубиной 2-3 м и углом наклона 20-30° от вертикальной плоскости в сторону нижележащей предохранительной или транспортной берм. Для прочности укрепительной системы проводят поперечные тросы 11 также с натягом через 3-5 м в верхней зоне уступа, часто нарушенной техногенной нагрузкой (взрывами), причем в местах соединения тросов их прикрепляют к массиву (блокам) с помощью плит 18, например железобетонных или прочных текстолитовых, через пластины 19, 20 (металлические) или прочных текстолитовых с помощью анкеров, заглубленных в массив на 1-1,5 м, а в местах скопления мелкоблочных пород их также прижимают плитами 22 через анкера к массиву и торкретизируют. Такое укрепление исключает формирование клина сдвига 12 в течение отработки карьера, уменьшит осыпание пород. Это часто происходит особенно в верхней части уступа.
Выпадение мелких кусков из нижней части уступа наблюдается через 20-30 лет после их формирования и безопасно при наблюдении и контроле за состоянием массива пород.
Источники информации
1. Фисенко Г.Л., Ревазов М.А., Галустьян Э.Л. Укрепление откосов в карьерах. М.: Недра, 1974.
2. Арсентьев А.И., Букин И.Ю., Мироненко В.А. Устойчивость бортов и осушение карьеров. М.: Недра, 1980. - 165 с.
3. Еремин Г.М. Разработка и доставка полезных ископаемых на поверхность. Мурманск, Мурманский Центр НТИ, 2008. - 178 с. (прототип).