Приложение 16. Расчетные параметры устойчивых отвалов для типовых схем отвалообразования

Приложение 16

Расчетные параметры устойчивых отвалов для типовых схем отвалообразования

16.1. Устойчивость отвалов прочных пород на прочном основании

При формировании отвалов из прочных пород на прочном основании основным видом их деформирования является просадка горизонтальных площадок вследствие уплотнения отвальной массы. Просадка сопровождается образованием трещин на площадках. На многоярусных отвалах, отсыпанных на наклонное основание, трещины просадки проявляются в откосах ярусов. Величина просадки зависит от гранулометрического состава отвальной массы, ее мощности, угла наклона основания, степени пересеченности земной поверхности и условий отсыпки отвальной массы, к которым относятся замкнутость заполняемого отвального пространства и состояние поверхности откоса отвала предыдущей отвальной заходки. Активная стадия уплотнения отвалов, отсыпанных из прочных пород, происходит в течение года.

Зависимость просадки от высоты яруса и гранулометрического состава отвальной смеси приведена в табл. 1.

Табли ца 1

Гранулометрический состав отвальной смеси	Высота (мощность), м
	30	50	100	150
Преимущественно скальные породы	4	5	7	10
Преимущественно рыхлые дробленые породы	2	6	8	12

16.2. Устойчивость отвалов на наклонном слоистом основании

Параметры отвалов прочных пород на наклонном слоистом основании содержатся в табл. 2.

Таблица 2

		при
		15°	16°	18°	20°	22°	25°
30	7	101	110	142	150	161	166
	10	72	88	129	143	153	160
	12	61	72	110	137	142	154
	15	51	58	83	128	137	145
32	7	98	125	147	156	165	176
	10	69	84	127	141	155	161
	12	57	67	101	125	145	156
	15	46	53	74	111	132	146
34	5	133
	7	96	122	160	170	179	187
	10	66	80	125	146	159	168
	12	55	61	95	132	149	157
	15	44	51	69	101	140	148
36	5	135
	7	96	123	160	178	189	194
	10	65	78	122	152	171	180
	12	54	58	92	147	158	168
	15	41	47	65	94	142	150

Результаты расчетов по данным характеристикам представлены на рис. П.16.1, а, б в виде графиков зависимости (, , , С, , ).

16.3. Устойчивость отвалов слабых пород на слабом основании

Таблица 3

Параметры отвалов слабых пород на слабом основании

	,	при
		8°	10°	12°
20	2	58	93	164
	4	94	143	258
	6	130	197	352
	8	166	250	446
23	2	54	83	139
	4	87	128	216
	6	120	174	293
	8	152	221	370
25	2	53	81	131
	4	85	122	202
	6	117	166	273
	8	148	211	345
27	2	53	79	130
	4	84	119	195
	6	115	163	263
	8	145	206	330

16.4. Подрезка внутренних и внешних отвалов на прочном основании

16.5. Разгрузка автосамосвалов под откос отвала

Оценку устойчивости отвала при разгрузке автосамосвала непосредственно под откос производят следующим образом:

- строят профиль отвала с фактическим углом откоса и предохранительным валом высотой, равной половине диаметра колеса автосамосвала (рис. П.16.5);

- на горизонтальной площадке яруса отвала от линии, проведенной на расстоянии 0,5 м от гребня предохранительного вала, откладывают отрезок длиной l (рис. П.16.5, графа 9 в табл. 4);

- из этой точки проводят 3-4 криволинейных поверхности скольжения, показанных на рис. П.16.5; по этим поверхностям методом алгебраического сложения сил рассчитывают коэффициент запаса устойчивости отвала с учетом веса заднего моста, приходящегося на 1 м протяженности откоса отвала в пределах задней колеи (графа 10 в табл. 4);

- если минимальная величина коэффициента запаса устойчивости по одной из поверхностей скольжения составляет не менее 1,2, то разгрузка автосамосвала непосредственно под откос при принятых физико-механических свойствах отвальной массы допустима.

Установить возможность разгрузки автосамосвалов непосредственно под откос можно по графикам, приведенным на рис. П.16.6, а-в.

Пользование графиком осуществляется следующим образом.

Имея исходные данные: угол откоса яруса отвала , с которого производится разгрузка автосамосвала, сцепление С и угол внутреннего трения отвальной массы, для соответствующей марки автосамосвала на график наносят точку. Если точка размещается ниже прямой линии для соответствующего автосамосвала, то разгрузка автосамосвала непосредственно под откос недопустима.

Таблица 4

Технические характеристики автосамосвалов

Марка автосамосвала	Грузоподъемность, т	Масса, т	Полный вес с грузом, т	Нагрузка на задний мост, т	Диаметр заднего колеса, м
1	2	3	4	5	6
БелАЗ-540	27	21	48,5	32,3	1,55
БелАЗ-548	40	27	67	44,6	1,91
БелАЗ-549	75	48	123	82	2,61
БелАЗ-7519	110	85	195	130	3,30
БелАЗ-7521	180	120	300	200	-
Камацу НД 1200	-	-	207,6	139,1	2,8
Юклид R 170	-	-	255,8	166,7	3,12
Юнит Риг (М-200)	-	-	-	214,35	3,20

Продолжение

Марка автосамосвала	Ширина задней колеи, м	База, м	Расстояние между осью заднего колеса и нижней точкой поднятого кузова, м	Вес заднего моста на 1 м протяженности откоса, м	Максимальный угол наклона поднятого кузова, (...°)
1	7	8	9	10	11
БелАЗ-540	3,48	3,55	1,4	9,3	55
БелАЗ-548	3,78	4,20	1,5	11,8	55
БелАЗ-549	4,90	-	2,0	16,7	50
БелАЗ-7519	6,10	-	2,5	21,4	-
БелАЗ-7521	7,40	-	-	27,0	-
Камацу НД 1200	4,02	-	2,9	35,3	-
Юклид R 170	5,30	-	3,0	26,2	50
Юнит Риг (М-200)	7,21	-	3,4	29,8	-

16.6. Расчет устойчивости гидроотвала

Определяем коэффициент запаса устойчивости откоса гидроотвала, показанного на рис. П.16.7, при следующих условиях:

- намывной массив гидроотвала представлен полностью водонасыщенными однородными глинистыми отложениями, характеризующимися следующими параметрами физико-механических свойств: плотность , сцепление С = 0,8 , угол внутреннего трения ;

- дамбы обвалования сложены насыпными породами со следующими параметрами: плотность , сцепление С = 1 , угол внутреннего трения ;

- величины порового давления получены по результатам натурных исследований.

I. Схема к расчету устойчивости откоса гидроотвала с учетом действия гидростатического взвешивания и гидродинамического давления

II. Расчет результирующей силы гидростатического и гидродинамического давлений выполняется по формуле:

,

где - средний напор в пределах блока, отсчитываемый от условной плоскости сравнения А-А'; - ордината поверхности скольжения в середине блока; - плотность воды; - ширина блока; - угол наклона касательной к поверхности скольжения в середине основания блока.

Результаты расчета устойчивости гидроотвала приведены в таблице.

Расчет коэффициента запаса устойчивости откоса гидроотвала n методом алгебраического сложения сил

Блок	, т/м	, (...°)	, т/м	cos , т/м	, м	, м
1	32,2	44	22,2	23,2	58,0	56,0
2	87,8	37	52,7	70,2	60,0	52,0
3	511,9	33	276,4	430,0	66,0	44,0
4	214,5	25	90,1	195,2	66,0	39,0
5	560,6	18	173,8	532,6	65,5	35,0
6	1096,9	9	175,5	1085,0	62,5	31,0
7	988,7	6	103,8	978,8	57,0	28,0
8	253,5	4	17,8	250,9	54,0	27,0
9	1076,4	2	37,7	1076,4	50,0	26,5
10	836,6	0	0	836,6	45,5	26,0
11	950,6	-1	-16,2	950,6	40,5	26,5
12	530,4	-9	-84,9	525,1	36,0	28,0
13	214,5	-16	-60,1	205,9	34,0	32,0
14	225,2	-22	-83,3	209,4	0	-
15	6,8	-30	-3,4	5,9	0	-

Продолжение

Блок	, т/м	, т/м		, т/м	, т/м
1	15,3	7,8	4,5	8,0	12,5
2	50,0	20,2	4,6	4,8	9,4
3	392,9	100,1	23,0	14,4	37,4
4	148,4	46,8	10,8	8,4	19,2
5	401,3	131,3	30,2	10,4	40,6
6	715,9	369,1	84,9	18,4	103,3
7	571,2	407,6	93,8	15,6	109,4
8	136,4	114,5	26,3	4,0	30,3
9	564,0	512,4	117,8	19,6	137,4
10	380,3	456,3	104,9	13,6	118,5
11	337,5	613,1	141,0	19,6	160,6
12	137,4	387,7	89,2	13,6	102,8
13	20,8	185,1	42,6	8,4	51,0
14	0	209,4	48,2	9,6	57,8
15	0	5,9	3,4	4,0	7,4

.

16.7. Примеры расчета устойчивости отвалов, нагруженных тяжелым горнотранспортным оборудованием

Пример 1

Определение несущей способности пород отвала при работе на нем драглайна ЭШ 100/100.

Исходные данные. Физико-механические свойства пород отвала с введенным коэффициентом запаса n = 1,2: ; ; .

Параметры опорных поверхностей экскаватора: диаметр базы - 27 м; ширина лыжи - 4,35 м; длина лыжи - 41,3 м. Удельные нагрузки под базой - 1,8 ; под лыжами - 2,65 ; радиус черпания - 100 м.

Определяем несущую способность основания отвала по формуле (9.1).

Так как пригрузка основания отсутствует, . По табл. 5 находим значения коэффициентов и , они равны соответственно 5,0 и 25,0, и, подставляя их в формулу (9.1), получим:

().

Определяем величину удельной нагрузки под базой экскаватора с учетом внецентренной нагрузки при выполнении рабочих операций:

().

Определяем коэффициент запаса несущей способности пород отвала:

.

Полученный коэффициент запаса n = 2,9 выше нормативного. Следовательно, несущая способность пород отвала под опорными элементами обеспечивается.

Пример 2

Определение коэффициента запаса устойчивости отвала, нагруженного горнотранспортным оборудованием.

Исходные данные: С = 3,6 ; ; ; ; вес драглайна 10500 т; диаметр базы 27 м, удельная нагрузка под базой ; под лыжами ; размеры лыжи 4,35x41,3 м.

Расчет:

1. Вводят в характеристики сопротивления сдвигу отвальной смеси коэффициент запаса n = 1,2:

,

().

Таблица 5

Вспомогательная таблица значений коэффициентов , ,

Угол внутреннего трения, (...°)		5	7	9	11	13	15	17	19	12	23	25	27	29	31	33	35
	1	0,05	0,27	0,42	0,61	0,92	1,02	1,33	1,74	2,35	3,07	4,10	5,22	7,17	10,25	14,35	19,98
	2	0,06	0,33	0,51	0,75	1,12	1,25	1,62	2,12	2,87	3,75	5,00	6,37	8,75	12,50	17,50	24,37
	1	5,17	7,27	8,2	9,02	10,25	11,17	12,3	14,2	15,3	17,93	20,5	23,06	27,67	31,77	37,92	45,10
	2	6,31	8,8	10,0	11,0	12,5	13,6	15,0	17,3	18,75	21,85	25,00	28,12	33,75	38,75	46,25	55,00
	1	1,11	2,05	2,446	2,76	3,58	4,10	4,81	6,15	7,17	8,71	10,25	12,30	16,40	20,50	25,62	33,82
	2	1,35	2,5	3,0	3,37	4,37	5,0	5,87	7,5	8,75	10,62	12,50	15,00	20,00	25,00	31,25	41,25

Примечание. Таблица заимствована из СНиП П-15-74, гл. 15. При значениях коэффициентов в строке 1 - лыжи, 2 - база.

2. Строят ряд потенциальных поверхностей скольжения в теле отвала, выходящих на поверхность откоса при различных положениях опорных элементов экскаватора (рис. П.16.8, а, б).

3. Проводят поверочные расчеты методом алгебраического сложения сил по поверхностям скольжения в соответствии с п. 5.2.7 Правил, вводя в первый блок дополнительную нагрузку от веса оборудования, которая рассчитывается по формуле:

,

где l - размер опорной поверхности, расположенной на поверхности отвала в пределах блока N 1.

В данном случае (т).

Расчеты по потенциальным поверхностям скольжения ВВ', ВВ", ВВ"', сведены в табл. 6.

4. Определяют коэффициент запаса устойчивости отвала с учетом веса оборудования по формуле (6.10).

5. Проводят поверочные расчеты при других положениях опорных поверхностей экскаватора относительно верхней бровки откоса отвала (рис. П.16.8, б).

6. Если по какой-либо из поверхностей скольжения коэффициент запаса устойчивости меньше 1 (n < 1), необходимо увеличить расстояние от опорной поверхности экскаватора до верхней бровки откоса и повторить расчет.

Таблица 6

Номер блока	P, т	j, (...°)	sin j	cos j	T, т	N, т	, т	, т	n
Поверхность ВВ'
1	136,3	41	0,656	0,754	89,4	102,7
2	60,5	2	0,034	0,999	2,05	60,4
3	1,8	0	0	1	0	1,8
							64,8	45	n = 1,20
Поверхность ВВ''
1	143	56	0,829	0,559	118,5	79,9
2	121	24	0,406	0,913	49,1	110,4
3	57,6	2	0,034	0,999	1,9	57,5
							97,4	72,1	n = 1,000
Поверхность ВВ'"
1	143	56	0,829	0,559	118,5	79,9
2	144	38	0,616	0,788	88,7	113,4
3	115,2	12	0,207	0,978	23,8	112,6
4	43,2	2	0,034	0,999	1,4	43,1
							137,1	100,2	n = 1,021