авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФЁДОРОВА Елена Алексеевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ

ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ

СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ ИХ УСТОЙЧИВОСТЬЮ

НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Специальности:

25.00.22 – «Геотехнология подземная, открытая и

строительная»;

25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород,

рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

А в то реф ер ат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Чита – 2008 1

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»

Научные консультанты : доктор технических наук, профессор Рашкин Анатолий Васильевич;

доктор технических наук, профессор Секисов Геннадий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Серяков Виктор Михайлович;

доктор технических наук Тюпин Владимир Николаевич;

доктор технических наук Шевкун Евгений Борисович

Ведущая организация - Иркутский государственный технический университет

Защита состоится 25 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государственном университете (г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета) От зы вы в двух экземплярах, заверенны е печатью организац ии, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. А лександро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученом у секретарю диссертационного совета Д 212.299. Факс: (3022) 41-64-44;

Web-server: www.chitgu.ru;

E-mail: root@chitgu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского государственного университета

Автореферат разослан 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совет а, канд. геол.-минерал. наук Котова Н.П.

Актуальность проблемы При добыче угля, золота и др. видов твердых полезных ископаемых открытый спо соб разработки месторождений обладает рядом преимуществ над подземным, в частности, более низкой себестоимостью и высокой производительностью труда. Экономически обос новано применение бестранспортной системы разработки с внутренним отвалообразова нием на угольных месторождениях Канско-Ачинского, Иркутского и др. бассейнов Восточ ного региона. Высокая эффективность комплекса «экскаватор-драга» позволила большин ству крупных производственных объединений почти полностью отказаться от подземной разработки глубоких россыпей и перейти к широкому использованию при вскрышных рабо тах бестранспортной системы разработки с внешним отвалообразованием.

Выборочная отработка легкодоступных пластов и россыпей в прошлом привела к освоению сложноструктурных угольных месторождений и глубоких россыпей на настоящем этапе, а вследствие этого – к увеличению землеёмкости открытых горных работ. Повыше ния эффективности вскрышных работ и снижения экологической нагрузки на окружающую среду в изменившихся условиях добиваются за счет применения шагающих экскаваторов (драглайнов) большой единичной мощности и усложненных технологических схем, преду сматривающих использование свежеотсыпанных отвалов в качестве рабочих площадок и подрезку их откосов при подготовке запасов к выемке. В результате внедрения таких схем увеличивается емкость внешних отвалов и сокращаются площади земель, в дальнейшем требующих рекультивации. Однако условия эксплуатации горных машин при этом ухудша ются, а риски развития недопустимых кренов и осадок в основании их опорных элементов возрастают.

Несмотря на накопленный опыт ведения открытых горных работ, периодически ре гистрируются деформации откосов, нарушения условий эксплуатации горных машин, об рушения сводов подземных полостей. Деформации внутренних платообразных отвалов на действующих угольных карьерах приводят к значительным потерям готового к выемке по лезного ископаемого. На стадии рекультивации возможность перепланировки поверхно стей внутренних песчано-глинистых отвалов в форме конусов и гребней появляется только на заключительной стадии их самоуплотнения. При разработке глубоких россыпей глини стые породы, извлекаемые экскаватором со дна забоя, растекаются, занимая большие площади. Нередко теряют устойчивость отвалы, сформированные из пород подводной части забоя.

Повы шением уровней потерь и непроизводительных затрат на ликвидацию послед ствий деформаций уступов, бортов карьеров и отвалов в условиях увеличения глубины первых и высоты вторых, а так же мощности и габаритов эксплуатируемого на них горного оборудования обусловлено повы шение требований к достоверности прогнозных оценок напряженно-деформированного состояния перечисленных геотехнических сооружений.

Эффективность и безопасность взрывной отбойки пород на карьерах в непосредственной близости от подземных выработок и гротов крупных пещер, используемых в производст венных, хозяйственных и др. целях, обеспечивают оптимальные размеры целиков и высо кая надежность оценок сейсмической устойчивости несплошных массивов.

Необходимого уровня достоверности обоснования параметров геотехнических со оружений месторождений в современных условиях позволяет достичь переход от частных оценок устойчивости откосов и сводов, деформируемости и несущей способности основа ний к оценкам состояния геотехнических систем, объединяющих геотехнические сооруже ния, технические средства и массивы горных пород, находящиеся с ними во взаимодейст вии. От аналитических методов решения геомеханических задач с их упрощенными рас четными схемами – к современным численным методам, учитывающим условия взаимо действия элементов геотехнических систем, неоднородность породных массивов и упруго пластический характер деформаций горных пород при высоких уровнях напряжений.

С существенным изменением состава и физико-механических свойств пород при экскавации неоднородных толщ связана необходимость разработки новых приборов, пред назначенных для испытаний разрыхленных смесей на прочность и сжимаемость, методик получения и обработки исходных данных о составе и свойствах пород, методов определе ния наиболее вероятного положения границ между квазиоднородными зонами.

Перечисленными обстоятельствами обусловлена необходимость совершенствова ния методик исследований геотехнических сооружений месторождений, обработки полу ченных данных и прогнозирования их напряженно-деформированного состояния, а также выяснения причин неэффективности традиционных способов управления устойчивостью отвалов, и дальнейшего их совершенствования.

В связи с этим проблема совершенствования методологии прогноза состояния гео технических систем и управления их устойчивостью на открытых горных работах является весьма актуальной.

Работа выполнена в рамках государственной целевой комплексной программы «Геомеханические процессы в геологических формациях и геотехнических сооружениях месторождений полезных ископаемых» (№ 01920009628) и договорных научно исследовательских работ с ПО «Лензолото», ОАО «ЗабайкалцветметНИИпроект» и ООО «Забайкалзолотопроект».

Идея работы заключается в научно-техническом обеспечении рационального формирования и безопасного функционирования геотехнических систем путем повышения достоверности прогнозных оценок их состояния и эффективности способов управления их устойчивостью.

Цель работы – развитие методических основ оценки напряженно деформированного состояния геотехнических систем и совершенствование способов эф фективного управления их устойчивостью.

Объект исследований – геотехнические системы, основными элементами которых являются уступы, борта и отвалы.

Предмет исследований – напряженно-деформированное состояние и способы управления устойчивостью геотехнических систем, формирующихся при проведении от крытых горных работ.

Основные задачи исследований:

- оценить современное состояние разработки проблемы прогнозирования и обеспечения устойчивости бортов, уступов и отвалов при разработке сложноструктурных угольных месторождений и глубокозалегающих россыпей Восточного региона;

- разработать методики получения достоверных оценок напряженно деформированного состояния геотехнических систем;

- выявить факторы, влияющие на морфологию песчано-глинистых экскаваторных отвалов и распределение в их пределах крупных глинистых включений;

- установить закономерности, отражающие особенности формообразования и де формирования песчано-глинистых отвалов, отличающихся по составу в процессе их от сыпки, а также развития кренов и осадок в основаниях баз шагающих экскаваторов, рабо тающих на таких отвалах;

- разработать математическую модель распределения крупных глинистых вклю чений в песчано-глинистых отвалах;

- разработать обобщенные структурные модели крупнообломочных пород и масси вов и математический метод их воспроизведения в виде упаковок обломков и систем свя зей между ними;

- усовершенствовать способы управления устойчивостью внутренних песчано глинистых отвалов и разработать новые технологические решения, обеспечивающие по вышение емкости внешних отвалов слабых пород;

- разработать рекомендации по выбору моделей шагающих экскаваторов и созда нию их новых модификаций лучшим образом приспособленных к условиям сложнострук турных угольных месторождений и глубоких россыпей.

Методы исследований. При выполнении исследований проводились натурные на блюдения за процессами горных работ с инструментальными измерениями параметров отвалов, формируемых в различных условиях. При оценке состояния экскаваторно отвальных систем использованы метод системного анализа, позволивший установить взаимосвязи между отдельными элементами систем и выявить факторы, влияющие на ус ловия их функционирования, методы анализа надежности систем и рисков их отказов. Фи зико-механические свойства пород изучены лабораторными и полевыми методами, в том числе пенетрационным, сейсмическим и акустическим. Процессы формообразования, де формирования экскаваторных отвалов и распределения в их пределах крупных глинистых включений изучены на физических моделях, отвечающих критериям подобия метода экви валентных материалов. Напряженно-деформированное состояние породных массивов оценивалось по решениям упругопластических задач, полученным методом конечных эле ментов. При воспроизведении структур крупнообломочных пород и массивов использован метод статистических испытаний. Результаты исследований обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. М етодики оценки состояния геотехнических систем, в основу которых положены расчетные схемы, отражающие условия взаимодействия отдельных элементов, эмпириче ские уравнения, описывающие изменение свойств пород в массивах, усовершенствован ные методы их разграничения на квазиоднородные зоны, решения упругопластических за дач методом конечных элементов.

2. М атематическая модель распределения крупных глинистых включений в песчано глинистых отвалах, отражающая зависимость числа и положения квазиоднородных зон, а также средних содержаний кусков в них от высоты отвального конуса, среднего размера и содержания включений в исходной смеси.

3. Закономерности формообразования ненагруженных и деформирования нагру женных песчано-глинистых экскаваторных отвалов, отражающие цикличность изменения и тенденцию к уменьшению углов откоса конусных отвалов на последней стадии их отсыпки, а также развития осадок и кренов в основании баз шагающих экскаваторов, использующих отвалы в качестве рабочих площадок.

4. М етодика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных систем по вероятностям отказов и степени использования ресурсов их элементов, позволяющая при выборе параметров технологических схем вскры шных работ, предусматривающих исполь зование свежеотсыпанных отвалов в качестве рабочих площадок драглайнов, принимать решения, исходя из допустимого уровня риска.

5. Усовершенствованные способы управления устойчивостью отвалов, позволяю щие избежать образования слабого слоя на контакте внутреннего экскаваторного отвала с основанием, и увеличить емкости внешних отвалов слабых пород за счет армирования их откосов или призм упора замкнутыми контурами.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что получены но вые знания о природе и закономерностях физико-механических процессов, влияющих на устойчивость геотехнических сооружений месторождений, на основании которых:

- повышена достоверность оценок напряженно-деформированного состояния геотех нических систем за счет использования: нового оборудования для изучения механических свойств разрыхленных пород и методического обеспечения;

эмпирических уравнений, опи сывающих изменение физико-механических характеристик пород в пределах массивов;

расчетных схем, отражающих структурные особенности массивов;

решений упруго пластических задач, полученных методом конечных элементов;

- впервые установлено наиболее вероятное положение границ между слоями, суще ственно отличающимися по плотности, в свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалах с помощью статистических тестов методом, основанным на (доказанном в ходе его реализа ции) предположении о равенстве расхождений между средними оценками в соседних зонах при закономерном изменении контролируемого показателя по глубине;

- выделены три стадии формообразования песчано-глинистых конусных отвалов, отличающиеся по степени и характеру изменения углов откоса;

- установлены закономерности, отражающие цикличность изменения и тенденцию к уменьшению углов откоса на третьей стадии формообразования;

- выявлена зависимость высоты, достигнув которой конусные отвалы начинают пе риодически деформироваться, от сцепления, характера искривления линии откоса от угла внутреннего трения4 степени ее искривления от среднего размера включений;

их содержа ния в исходной смеси и высоты отсыпки;

- разработана математическая модель распределения крупных глинистых включе ний в песчано-глинистых отвалах, отражающая зависимость числа и положения квазиод нородных зон, а также средних содержаний кусков в них, от высоты конусного отвала, среднего размера и содержания крупных включений в исходной смеси;

- определен вид зависимостей, связывающих высоту нагруженных шагающими экс каваторами отвалов с осадками и кренами их базы, установлена последовательность отка зов экскаваторно-отвальных систем вследствие достижения перечисленными показателя ми эксплуатационной безопасности критических значений;

- разработана методика сравнения параметров экскаваторно-отвальных систем по вероятностям отказов, в результате ее реализации шагающие экскаваторы разделены на три группы, отличающиеся по степени использования ресурса технических характеристик при работе на свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалах;

- обоснована необходимость разработки новых моделей драглайнов, лучше приспо собленных к условиям разработки сложноструктурных угольных месторождений и глубоко залегающих россыпей;

- усовершенствованы способы управления устойчивостью внутренних песчано глинистых отвалов с учетом установленных причин неэффективности мероприятий, на правленных на улучшение свойств отвальных пород;

- установлена неоднородность природных массивов крупнообломочных пород по числу контактов у обломков и площадям зон их соприкосновений;

- разработаны обобщенные структурные модели крупнообломочных пород и масси вов, а также теоретические основы метода воспроизведения их структур в виде математи ческих моделей упаковок обломков и систем связей между ними.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается представи тельным объемом полевых и лабораторных исследований, подтверждается высокой сте пенью сходимости между сравниваемыми параметрами и положительными результатами внедрения проектных решений по параметрам бортов карьеров и отвалов, обоснованных прогнозными оценками напряженно-деформированного состояния геотехнических систем.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработаны способы формирования устойчивых отвалов из слабых пород за счет армирования замкнутыми контурами откосов бульдозерных отвалов или призм упора экс каваторных отвалов (пат. РФ № 2233947);

- определены оптимальные по числу перевалок и перемещаемому во внутренний отвал объему вскры шных пород параметры технологических схем дифференцированного размещения в промежуточных отвалах песчано-глинистых смесей, обеспечивающие ус тойчивость внутренних отвалов за счет очистки отвальных пород от крупных глинистых включений на стадии их переэкскавации, ограничена область применения таких схем;

- разработана оптимальная система опробования конусных отвалов, позволяющая автоматизировать процесс пространственной привязки образцов и значительно сократить число образцов, необходимое для разграничения отвалов на квазиоднородные зоны.

- повышена эффективность мероприятий, направленных на предотвращение де формаций внутренних песчано-глинистых экскаваторных отвалов за счет удаления с по мощью взрывов глинистых включений из скоплений, локализованных в зоне контакта отва ла с основанием, на начальной стадии самоуплотнения отвальных пород;

- предложен порядок отстройки оптимальных профилей многоярусных отвалов и бортов карьеров, учитывающий структурные особенности породных массивов, изменение свойств пород, способы очистки берм и разработки вскрышных пород, взаимное влияния на напряженно-деформированное состояние элементов геотехнических систем;

- обоснованы главные направления модернизации шагающих экскаваторов с целью создания горных машин специального назначения, сориентированных на горно геологические условия глубоких россыпей и сложноструктурных угольных месторождений;

- предложены оптимальные по характеристикам эксплуатационного качества и стоимости варианты усиления конструкций жестких и нежестких покрытий карьерных дорог;

- установлены рациональные размеры охранного целика и параметры технологиче ских схем буровзрывных работ, обеспечивающие сохранность уникальных подземных объ ектов, расположенных в непосредственной близости от карьера, разрабатываемого спосо бом взрывной отбойки пород;

- автоматизированы процедуры статистической обработки данных о составе и свой ствах отвальных пород, разграничения отвалов на квазиоднородные зоны, воспроизведе ния структур крупнообломочных пород и массивов в виде математических моделей упако вок обломков и систем связей между ними по параметрам распределений длин и коэффи циентов формы обломков, числа и площадей контактов;

- разработан механический стабилометр, позволяющий испытывать образцы раз рыхленных пород в условиях трехосного осесимметричного сжатия, и методическое обес печение проведения испытаний на новом приборе и обработки их результатов (авторские свидетельства СССР № 1675730 и № 1759131, патент СССР № 188227138).

Личный вклад автора:

- постановка задач, выбор методов, проведение как теоретических, так и экспери ментальных исследований;

- разработка и реализация методик получения и обработки исходных данных для геомеханических расчетов, а также методов разграничения отвалов на квазиоднородные по плотности зоны и процедур их разграничения на квазиоднородные по составу зоны;

- оценка состояния геотехнических систем и рисков их отказов;

- разработка технологических способов целенаправленного изменения состава пес чано-глинистых отвальных пород в процессе их перевалки и повы шения емкости внешних отвалов слабых пород;

- конструирование устройств для изучения физико-механических свойств отвальных пород и эквивалентных им материалов;

- разработка структурных моделей и основных процедур метода воспроизведения структур крупнообломочных пород и массивов в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними;

- обработка, анализ и обобщение полученных результатов;

- формулировка выводов и рекомендаций.

Реализация результатов работы:

- результаты выполненных исследований использованы при обосновании парамет ров технологических схем ведения вскры шных работ на угольном разрезе «Харанорский», при разработке Красноармейского и Балахнинского месторождений россыпного золота, Ур туйского флюоритового и Жирекенского молибденового месторождений, Чинейского ме сторождения медно-сульфидных руд, Талатуйского, Тарданского, Андрюшкинского, Бого моловского, Савкинского и Итакинского рудных месторождений;

- опытная партия механических стабилометров прошла апробацию в отделе изыска ний Забайкалжелдорпроекта, в лаборатории геомеханики Читинского института природных ресурсов СО РАН и учебной лаборатории Читинского государственного университета;

- результаты исследований внедрены в учебный процесс в виде методических реко мендации по определению и статистическому анализу физико-механических характеристик нарушенных пород;

- на основе предложенных моделей, методов и методик разработаны четыре про граммы для ПЭВМ.

Апробация работы Диссертация обсуждалась на расширенном семинаре кафедр открытых горных ра бот, подземной разработки М ПИ и безопасности жизнедеятельности ЧитГУ (Чита, 2007), на научных семинарах Института горного дела СО РАН (Новосибирск, 2007) и Института гор ного дела ДВО РАН (Хабаровск, 2007).

Основные положения диссертационной работы доложены на: научном симпозиуме «Неделя горняка» (М осква, 2002 и 2008), международной конференции по геотехнике «Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчета и инженерная практика»

(Санкт-Петербург, 2005), научной конференции ЛИСИ (Ленинград, 1991), региональной конференции «Локальный прогноз и разработка месторождений золота» (Чита, 1992), меж дународном научно-техническом семинаре «Защита инженерных сооружений от морозного пучения» (Якутск, 1993), международном симпозиуме «Геокриологические проблемы строительства в восточных районах России и Северного Китая» (Якутск, 1998), междуна родной конференции «Проблемы прогнозирования в современном мире» (Чита, 1999), ре гиональной конференции «Проблемы освоения и рационального использования природ ных ресурсов Забайкалья» (Чита, 2000), межрегиональной конференции «Проблемы эколо гической безопасности Восточных границ России на рубеже тысячелетий» (Чита, 2000), межрегиональной научно-технической конференции «Новый век – новые открытия» (Чита, 2001), 2-й международной конференции «Забайкалье на пути к устойчивому развитию»

(Чита, 2001), международной научно-практической конференции «Технические науки, тех нологии и экономика» (Чита, 2001), 2-й международной научно-практической конференции «Человек – среда – вселенная» (Иркутск, 2001), международном совещании «Экологиче ские проблемы и новые технологии переработки минерального сырья» (Чита, 2002), 3-й межрегиональной научно-практической конференции «Технические науки, технологии и экономика» (Чита, 2003), Основное содержание диссертации изложено в 39 работах, включая монографию и учебное пособие, из них в рекомендованных ВАК изданиях опубликовано 7 работ. Автор скими свидетельствами и патентами защищено 4 изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, за ключения и библиографического списка из 246 наименований, содержит 345 страниц тек ста, в том числе 21 таблица, 110 рисунков и приложений на 113 страницах.

Автор весьма признательна доктору технических наук А.В. Рашкину – научному кон сультанту на первых этапах работы над диссертацией и благодарит доктора технических наук Г.В. Секисова – научного консультанта на заключительном этапе за ценные советы и замечания, выражает благодарность за полезные советы ведущим ученым в области гео механики - докторам технических наук А.Б. Фадееву, А.К. Бугрову и Э.Л. Галустьяну, канди датам технических наук Т.К. Пустовойтовой и И.И. Ермакову, а также сотрудникам лабора тории геомеханики ЧИПР СО РАН (ИПРЭК СО РАН) и Кафедры открытых горных работ ЧитГУ и их руководителям докторам технических наук И.И. Железняку и Ю.М. Овешникову за оказанную помощь при проведении исследований.

Основное содержание работы

Состояние разработки проблемы устойчивости геотехнических сооружений месторождений, разрабатываемых открытым способом Значительный вклад в развитие теории открытой разработки внесли академики М.И.

Агошков, Н.Н. М ельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, чл.-корр. Е.И. Богданов и А.А. Пеш ков.

Виды и причины деформаций, факторы, влияющие на устойчивость откосов, зако номерности проявления геомеханических процессов, методы прогнозирования и оценки состояния выработок и отвалов, способы управления их устойчивостью описаны и систе матизированы в работах А.И. Арсентьева, Э.Л. Галустьяна, А.М. Демина, О. Ю. Крячко, Р.П. Окатова, М.Е. Певзнера, И.И. Попова, С.И. Попова, Г.Л. Фисенко, П.Н. Панюкова, М.А.

Ревазова и др.

Состав и физико-механические свойства пород нарушенного и ненарушенного сло жения изучали С.А. Батугин, А.В. Бирюков, Г.К. Бондарик, О.А. Борсук, М.Н. Гольдштейн, И.И. Ермаков, Ю.И. Зернов, А.О. Крыжановский, И.В. Куницын, Д. В. Лемос, М.П. Лысенко, М.Н. М аслов, Ю.Ф. М орозов, Т.В. Нефедова, Р.П. Окатов, В.И. Осипов, П.Н. Панюков, И.И.

Попов, Д.М. Шестернев и др.

Несмотря на большой объем выполненных исследований, раскрыты далеко не все аспекты проблемы устойчивости геотехнических сооружений месторождений и, прежде всего, отвалов. М етоды разграничения породных массивов на квазиоднородные зоны не адаптированы к отвалам. Нет определенности в отношении причин отклонения линий их откосов от прямолинейного положения. Сложившиеся представления об изменении фрак ционного состава вдоль линии откоса не позволяют судить о характере распределения разномасштабных компонент смесей в телах конусных отвалов.

Расхождения во мнениях относительно изменения показателей плотности и харак теристик прочности в песчано-глинистых отвалах, а также проблемы, связанные с испыта нием образцов разрыхленных пород в условиях, максимально приближенных к условиям их работы в массивах, явились причиной для разработки новых приборов и совершенство вания методик получения и обработки исходных данных.

При анализе ранее проведенных исследований установлены: влияние на характери стики состава и свойств пород размеров образцов;

зависимость механических характери стик от уровня и условий передачи на них нагрузок, состава и физического состояния по род;

стохастическая природа показателей состава и свойств пород. Выявлены проблемы, связанные с испытанием образцов разрыхленных пород в гидравлических стабилометрах.

Перечисленными факторами обусловлена необходимость проведения испытаний образцов в лабораторных условиях при реальных уровнях напряжений и условиях передачи нагрузок на породы в массивах, совершенствования приборов, методик проведения и обработки ре зультатов испытаний, преимущественного использования полевых методов при изучении механических свойств пород.

Несоответствием расчетных схем аналитических методов условиям взаимодействия элементов геотехнических систем, а результатов расчетов – реальному их напряженно деформированному состоянию, обоснована необходимость использования численных ме тодов, не накладывающих ограничений на граничные условия, и упругопластической де формационной модели среды, позволяющей анализировать деформации породных масси вов во всем диапазоне напряжений, вплоть до их разрушения. Целесообразность этого предложения подтверждена положительным опытом решения широкого круга геомехани ческих задач методом конечных элементов (М КЭ) с использованием программных ком плексов, разработанных под руководством А.Б. Фадеева, Ш.М. Айталиева и др.

Развитию перспективных направлений механики зернистых сред способствовала невысокая надежностью данных о физико-механических свойствах крупнообломочных по род, обусловленная масштабным эффектом, а также существенное отличие фактических напряжений от их теоретических значений в средах, где нагрузки передаются через контак ты.

Изучением закономерностей деформирования и передачи нагрузок через контакты в сыпучих средах занимались Р. Бартон, А.П. Бобряков, Л. Бьеррум, Г. Дересевич, Б.И. Ди дух, И.И. Кандауров, Г.К. Клейн, К.О. Курезов, Ю.Ф. М орозов, Д. Тейлор и др.

В разработку современных методов моделирования состояния контактных систем значительный вклад внесли П. Кюндалл, Д. Лемос, Р. Харт и др.

В результате анализа их работ, наиболее надежным, с точки зрения оценки состоя ния массивов крупнообломочных пород, признан метод дискретных элементов, опробован ный на регулярных упаковках и типовых структурах сыпучих пород при различных условиях нагружения. В перспективе этот метод может быть использован при оценке деформаций подвижных многоярусных отвалов, формируемых из обломков скальных пород на горных слонах (проектная высота которых достигла 1400 м, а высота яруса 600 м). Однако воз можным это станет только при условии разработки: методических основ описания структур реальных крупнообломочных пород и массивов;

способов определения их основных харак теристик в полевых условиях, учитывающих их естественную изменчивость;

метода вос произведения в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними.

Использованные А.И. Арсентьевым, В.И. Зобниным, Ю.В. Лесовым, А.М. Лепехи ным, Л.Н. Хрусталёвым и др. учеными вероятностно-статистические методы оценки на дежности принятых решений рассмотрены с точки зрения возможности их использования при анализе рисков отказов экскаваторно-отвальных систем в условиях неопределенности исходных данных о свойствах пород.

Повы шению эффективности вскрышных работ и снижению экологической нагрузки на окружающую среду способствовали технологические решения, предложенные В.А. Гал киным, Ф.В. Дудинским, Л.В. Жуковым, В.С. Коваленко, Н.В. М ельниковым, В.И. Первых, В.В. Ржевским, В.К. Репетух, П.И. Томаковым, С.А. Шемякиным, И.М. Щадовым и др. Их внедрение способствовало реализации на практике основных принципов рационального природопользования: более полного извлечения полезных ископаемых из недр, минимиза ции изъятия ценных земель и сокращения сроков их использования.

Выявленные недостатки способов повышения устойчивости и емкости отвалов учте ны при разработке более эффективных технологических решений.

Методики оценки состояния геотехнических систем В целях повышения надежности оценок напряженно-деформированного состояния экскаваторно-отвальных систем разработаны комплексные методики, в основу которых по ложены усовершенствованные методы разграничения их основных элементов – отвалов на квазиоднородные зоны, эмпирические уравнения, описывающие изменение свойств по род, анализ решений упругопластических задач, полученных М КЭ при различных парамет рах откосов и технических характеристиках экскаваторов.

В результате обобщения опыта исследований песчано-глинистых отвалов разрабо таны системы опробования отвалов, позволяющие автоматизировать процесс пространст венной привязки проб, а также значительно уменьшить количество проб из шурфов и сква жин за счет увеличения с глубиной шага z отбора образцов из шурфов и скважин в поряд ке, заданном уравнениями (1) и (2).

z1 = h(1 3 (n 1) / n ;

Отвальный конус i z i = h z k 3 (n i)( h 3 ( h z1 ) 3 ;

(1) k = z1 = h(1 ( n 1) / n ;

Групповой отвал i (n i )(h 2 (h z 1 ) 2, zi = h zk (2) k = где h – высота отвала;

i – номер зоны от его поверхности;

п – число зон.

В ходе обработки больших объемов данных рассчитаны характеристики изменчиво сти показателей состава и физического состояния пород в песчано-глинистых отвалах. По лученные значения рекомендованы для использования при определении количества проб, необходимого для их разграничения на квазиоднородные зоны.

В результате анализа данных о составе проб, взятых из отвалов, установлено сле дующее.

При разработке глубоких валунистых россыпей из крупнообломочных, песчаных и глинистых пород надводной и подводной частей забоя формируются отвалы, в пределах которых распределение разномасштабных компонент не имеет закономерного характера из-за того, что при разгрузке ковша смеси таких пород поступают в отвалы в виде компакт ных порций.

При открытой разработке угольных и россыпных месторождений из смесей необ водненных песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых пород формируются неодно родные по фракционному составу отвалы. Вследствие разделения разномасштабных ком понент в гравитационном поле куски глинистых пород закономерно распределяются в пре делах конусных отвалов и у их подножий.

В процессе экскавации и отсыпки необводненные песчаные, супесчаные и суглини стые породы разрушаются до мелких агрегатов и смешиваются. При этом в отвалах не формируются зоны, отличающиеся по фракционному составу и влажности. Статистически ми тестами на стандартном уровне доверительной вероятности ( = 0,95) существенными признаны только различия между значениями плотности на разных глубинах.

Характер изменения плотности по глубине однородных по фракционному составу супесчаных и суглинистых отвалов описывают зависимости:

= 1,19146 + 0,33914 z0,2 ;

z, м;

0 z 30 м;

r = 0,9290;

(3) 0, (4) = 1,14889 + 0,38828 z ;

z, м;

0 z 20 м;

r = 0,9583.

При разделении таких отвалов на квазиоднородные по плотности зоны впервые ис пользованы следующие новые методы, учитывающие закономерное изменение контроли руемого показателя по глубине.

1. Усовершенствованный вариационный метод объединения соседних областей в квазиоднородные зоны по результатам проверки гипотез о равенстве средних значений и дисперсий по представленной на рис. 1 схеме последовательного приближения расхожде ний между средними оценками в соседних зонах к средней величине шага.

Расчет средней величины шага Расчет средних оценок Уточнение числа зон по N j результатам проверки | у уi и дисперсий в уi | Предварительное гипотез о равенстве i+ разграничение выделенных областях средних значений и уm = i =, m = 1, 2, 3...

i = 1…Nj отвала на зоны дисперсий N j Разделение исходной совокупности значе- Определение частных оценок сходимости Выход ний на большее число выборок или уточ k = | у m | y i +1 y i ||, k = 1… Nj - нение положения границ между зонами Если Если kmax kmin max min k k Рис. 1. Алгоритм усовершенствованного вариационного метода В результате реализации этого метода определено оптимальное (соответствующее условию выхода из цикла) расхождение между средними значениями плотности в соседних зонах ( у = 0,06 г/см3), подтверждена однородность по плотности нижней зоны (ядра) отвала.

2. М етод пошаговой разбивки, основанный на использовании уравнения регрессии вида y = f(z) и принципа равенства оптимальной величине шага - у расхождений между средневзвешенными оценками в соседних слоях, рассчитанными с помощью выражения 1 z z2 z y ( z) dz.

yi = z В отличие от первого метода второй реализуется при значительно меньшем объеме исходных данных, поскольку для уточнения значений коэффициентов уравнения регрессии их требуется гораздо меньше, чем для проверки статистических гипотез о равенстве сред них значений и дисперсий в соседних зонах. Кроме этого, установленное вторым методом положение границ точнее отражает характер изменения плотности в верхних слоях песча но-глинистых отвалов.

Трудоемкие процедуры: пространственной привязки проб;

проверки статистических гипотез об изменении показателей состава и свойств пород в пределах отвальных площа док, центральных осей и поверхностей отвалов;

разграничения отвалов в форме конусов и гребней на квазиоднородные зоны с учетом степени и характера изменения контролируе мых показателей;

расчета коэффициентов эмпирических уравнений, выбора и расчета наи более эффективных оценок средних значений в выделенных зонах и др. – автоматизиро ваны с помощью программного комплекса «GRUNT».

Результатами статистического тестирования обоснована возможность использова ния образцов, приготовленных из средней пробы, при исследовании механических свойств песчано-глинистых отвалов, не содержащих крупных включений.

В лабораторных условиях образцы, приготовленные из материала средней пробы, испытывались на сдвиг с контролем плотности и влажности перед разрушением. М етоди кой обработки результатов таких испытаний было предусмотрено: получение семейства уравнений вида пр = f(), отражающих зависимость сопротивления сдвигу от плотности при давлениях 0,02;

0,04;

0,06;

0,1;

0,2 и 0, 3 МПа;

использование полученных уравнений при расче те сопротивлений сдвигу пр,i, соответствующих заданным значениям плотности;

использо вание полученных значений при определении сцеплений с i и углов внутреннего трения i, а уравнения (3) – при определении глубин z соответствующих заданным значениям плотности.

В результате реализации предложенной методики установлен характер изменения показателей прочности по глубине отвалов, рассчитаны погрешности их определения s и коэффициент корреляции r:

c = 0,000124 + 0,015631 z 0,2 ;

z, м;

rc = 0,9835;

sc = ± 0,001118 МПа;

(5) (6) = 28,3163 ± 0,6048 град.

Комплексная методика, предусматривающая получение в необходимом виде и коли честве исходных данных, подготовку расчетных схем и выполнение геомеханических рас четов, позволила достичь достаточно высокой степени сходимости между расчетными и реальными параметрами супесчаных отвалов при разработке Красноармейского месторо ждения россыпного золота. В ходе ее реализации на расчетных схемах конусных отвалов и их оснований, выделялись границы зон, существенно отличающихся по плотности. Выде ленным в пределах слоям и ядру отвала присваивались средневзвешенные значения плотности и сцепления, средние значения угла внутреннего трения и коэффициента попе речной деформации, модули деформации, рассчитанные по результатам компрессионных испытаний имеющих насыпную плотность образцов с учетом давлений на границах выде ленных зон. Основанию отвала присваивались характеристики пород ненарушенного сло жения, определенные по стандартным методикам.

Предельные параметры сохраняющих устойчивость отвальных конусов определя лись по результатам решений М КЭ упругопластической задачи, полученным с использова нием расчетных схем, отличающихся по высоте и углу откоса, при запусках программы «Геомеханика», разработанной под руководством А.Б. Фадеева. В основу ее алгоритма по ложено предположение о том, что до определенного уровня напряжений деформации раз виваются по закону Гука. В качестве критерия текучести в области сжатия принят критерий Кулона. В области растяжения напряжения ограничены прочностью породы на растяжение.

При превы шении фактическими напряжениями своих теоретических значений решение не линейной задачи в плоской или пространственной осесимметричной постановке получают методом «начальных напряжений», в ходе реализации которого на каждом шаге расчета матрица жесткости системы остается постоянной, а вектор сил системы изменяется. Вы бранный метод позволяет судить о деформациях породных массивов по перемещениям узлов расчетных областей, а об их устойчивости и несущей способности – по скорости схо димости итерационного процесса, стабильному увеличению деформаций от цикла к циклу, размерам и положению зон, в пределах которых напряжения достигли предельных значе ний.

Описанным методом математического моделирования изменения напряженно деформированного состояния отвальных конусов и групповых отвалов в процессе после довательного увеличения их геометрических параметров были определены и предельные параметры суглинистых отвалов Харанорского угольного разреза. Однако при подготовке расчетных схем в этом случае был использован меньший объем данных о составе и физи ческих свойствах отвальных пород. Положение границ между неоднородными по плотно сти слоями установлено методом пошаговой разбивки. Секущие модули деформации оп ределены по результатам компрессионных испытаний образцов, отобранных с поверхно стей отвалов и из их ядер. Средневзвешенные значения показателей прочности рассчита ны с помощью эмпирических уравнений (7) и (8), полученных при обработке данных пенет рационного зондирования отвалов.

c = 0,00330024 + 0,01320793 z0,15 ;

z, м;

rс = 0,7959;

sс = ± 0,001527 МПа;

(7) = 17,606963 + 1,406983 z0,5 ;

z, м;

r = 0,8279;

s = ± 0,6131 град. (8) При сравнении результатов, полученных при исследованиях супесчаных и суглини стых отвалов, установлено следующее.

По мере увеличения содержания глинистых частиц в составе смеси, поступающей из ковша экскаватора, степень изменения сцепления в верхних слоях песчано-глинистых от валов уменьшается, а степень изменения угла внутреннего трения, наоборот, увеличива ется. При увеличении влажности исходной смеси сужаются диапазоны изменения по глу бине обеих характеристик.

При сравнении трех способов подготовки исходных данных для геомеханических расчетов, предусматривающих: I – присвоение всем выделенным зонам средних выбороч ных значений прочностных характеристик и плотности;

II – средневзвешенных значений;

III – средневзвешенных значений в слоях и средних выборочных значений в ядре, установ лено, что последний способ подготовки данных наилучшим образом соответствует пара метрам реальных отвалов (рис. 2).

с, max, град Рис. 2. Параметры отвалов:

50 1, 2 и 3 – линии, соответствующие I, II и III способам подготовки данных для геомеханических расчетов;

- расчетные параметры конусных отвалов;

- расчетные параметры групповых отвалов;

- параметры конусных отвалов;

- параметры групповых отвалов 15 20 25 30 35 40 45 50 Н, м При анализе результатов математического моделирования напряженно деформированного состояния отвалов установлено следующее.

Не совпадают границы зон, в которых напряжения достигают предельных значений, соответствующие решениям упруго-пластических задач в плоской и пространственной осе симметричной постановке, при этом расхождения между значениями напряжений х, у, в элементах расчетных областей и перемещений их узлов их и иу достигают 12,0;

8,2;

26,1;

50, и 17,7 % соответственно. Предельные углы откосов отвалов отличаются на 1… 4°, притом, что средние значения углов откосов реальных суглинистых отвалов в виде конусов и греб ней отличаются на 2°.

Полученными результатами подтверждена необходимость учета геоморфологии от валов при определении их геометрических параметров по предложенной методике.

Образцы песчано-глинистых отвальных пород угольных месторождений и глубоких россыпей испытывались на стандартных и крупногабаритных, обычных и модифицирован ных компрессионных и сдвиговых приборах, а также на механическом стабилометре, скон струированном для испытания разрыхленных пород (рис. 3).

Конусообразная форма основных элементов его конструкции обеспечивает усло вия бокового обжатия образца при вертикальном перемещении плунжера вниз в результа те передачи на него усилия Q1. Вертикальное сжатие образца происходит в результате пе редачи на него через поршень усилия Q2. Изменение ширины поперечного сечения образца b контролируется вертикальным перемещением плунжера h1, а изменение высоты об разца h2 – вертикальным перемещением поршня.

При обработке результатов испытаний деформационные и прочностные характе ристики рассчитываются по ГОСТ 26518-85 с учетом соотношений:

b = h1 ctg;

z = h2/h;

x= Q2 /F 2 Cos и z = Q1 /F1 ctg, (9) где h и b – высота и ширина образца до приложения первой ступени нагружения;

F1 – площадь боковой поверхности конической части плунжера;

F2 – площадь верхнего поперечного сечения образца;

– угол конусности прибора.

Рис. 3. Механический стабилометр:

1 – корпус;

2 – плунжер;

3 – поршень;

4 – индикаторы часового типа;

5 и 6 – нагрузочные устройства;

7 – риски;

8 – винты-фиксаторы С учетом того, что величина напряжения z в направлении вертикальной оси одно временно увеличивается (за счет конусности образца) и уменьшается (за счет сил трения на его боковых поверхностях), при конструировании механического стабилометра геомет рические параметры плунжера и поршня определены из условия равенства значений z в уровне верхнего и нижнего поперечных сечений образца при его гидростатическом сжатии.

При отклонении величины x z от единицы добиться равенства z в уровне верхне го и нижнего поперечных сечений образца позволяют поправки Q1 и Q2.

( ) Q1 = F1 f ' Sin x Sin 2 + z Cos 2 ;

(10) ' Q 2 = T F2 /( F2 F2 ) ;

(11) Т = Т Т ;

(12) ( ) T1 = 2hf ' R + r hctg )( x Sin 2 + z Cos 2, (13) где F2 ' – площадь нижнего поперечного сечения образца;

R и r – наружный и внутренний радиусы его верхнего поперечного сечения соответственно;

f ' – коэффициент трения на контакте образца с поверхностью прибора;

T ' и T '' – силы трения, рассчитанные по форму ле (13) при x z = 1 и x z 1 соответственно.

Усовершенствованный механический стабилометр в ходе испытаний позволяет за мораживать, оттаивать или насыщать образцы водой и измерять в них поровое давление.

Разработан комплекс методик проведения таких испытаний.

При исследовании неоднородных по составу пород отвалов, формирующихся при разработке глубоких россыпей, использовался крупногабаритный модифицированный одометр. В ходе испытаний, наряду с деформациями образцов измерялись и усилия, пе редающиеся на них через верхний и нижний диски.

Полученные данные использовались при расчете коэффициента бокового давления в порядке, заданном системой уравнений (14):

(14) k = (P1i - P2i )/Fb ;

x= k/f’;

z =(P1i +P2i)/2F;

= x /z, где P1i – усилие, передающееся через верхний диск на образец;

P2i – усилие, восприни маемое нижним диском;

Fb и F – площади поперечного сечения образца и его боковой по верхности соответственно.

М етод математического моделирования напряженно-деформированного состояния геотехнических систем нашел применение на стадии проектирования как при обосновании возможности разгрузки под откос БелАЗов, так и при отстройке оптимальных профилей многоярусных отвалов и бортов Уртуйского флюоритового, Тарданского, Талатуйского, Ан дрюшкинского, Богомоловского, Савкинского и Итакинского золоторудных месторождений, Чинейского месторождения медно-сульфидных руд, а также профилей бортов карьера глу бокой Балахнинской россыпи. При обосновании возможности использования отвалов в ка честве рабочих площадок на Харанорском угольном разрезе и Красноармейском месторо ждении россыпного золота, строенных уступов на стадии разработки карьера Жирекенско го ГОКа. При определении предельных параметров отвалов, формируемых из слабых по род на наиболее глубоком участке М араканской россыпи.

Возможности используемого метода позволили учесть при подготовке расчетных схем рельеф участков, структурные особенности массивов, изменение свойств пород в их пределах, взаимное влияние на напряженно-деформированное состояние отдельных эле ментов геотехнических систем, способы очистки берм и разработки вскры шных пород.

М етод математического моделирования нашел применение и при выборе оптималь ных по стоимости и показателям эксплуатационного качества вариантов усиления жестких и нежестких покрытий карьерных дорог, типовые конструкции которых не выдерживают на грузок от БелАЗов грузоподъемностью свыше 40 т.

При решении упругопластической задачи в пространственной осесимметричной и плоской постановке, соответственно использовались расчетные схемы следующих типов:

1) многослойная дорожная одежда, воспринимающая равномерно распределенную нагрузку в пределах зоны контакта заднего колеса самосвала с покрытием;

2) насыпь, состоящая из нескольких подобранных по составу слоев щебня, воспри нимающая погонную нагрузку от БелАЗа, и ее основание.

Варианты жестких покрытий сравнивались по прогибу их поверхностей под колесом БелАЗа грузоподъемность 75 и 100 т, степени снижения осевых напряжений и глубине рас пространения зоны пластических деформаций, а нежесткие – по прогибу поверхности по крытия и суммарной осадке основания и многослойной насыпи от погонной нагрузки.

При обработке полученных данных установлено, что весовым, габаритным и скоро стным характеристикам современных карьерных дорог отвечают прочные и долговечные дорожные одежды, представляющие собой комбинации жестких слоев с нежесткими дре нирующими прослойками. Область применения нежестких покрытий при суммарной тол щине слоев щебня 0, 8... 1,6 м в условиях открытой разработки угольных пластов и россыпей ограничена свойствами оснований.

Необходимость в разработке надежной методики оценки сейсмостойкости несплош ных породных массивов в условиях рыхления пород взрывами возникла в связи со сле дующими обстоятельствами: 1) использованием старых выработок и пещер в хозяйствен ных и других целях;

2) перспективами развития комбинированного способа отработки складчатых структур, предусматривающего сочетание забоев и участков открытых горных работ;

3) присвоением уникальным пещерам статуса памятников природы государственно значения.

Только на территории Забайкалья выявлено и исследовано более 50 пещер. Широ кую известность получил карстовый комплекс, расположенный в границах горного отвода Усть-Борзинского месторождения известняков, являющийся памятником природы государ ственного значения. Высокий статус охраняемого объекта с одной стороны и стремление горного предприятия сократить потери полезного ископаемого до минимума, с другой, спо собствовали принятию решения об определении оптимальных размеров охранного целика, обоснованных надежными прогнозными оценками сейсмостойкости пораженного карстом трещиноватого массива.

При решении поставленной задачи впервые была использована методика оценки условий функционирования геотехнической системы «несплошной массив – борт карьера, разрабатываемый способом взрывной отбойки пород». На первом этапе ее реализации составлена карта, построены разрезы, определены физико-механические характеристики известняков и льда, установлено положение ослабленных трещинами зон, изучен темпе ратурно-влажностный режим карстового комплекса, получены записи велосиграмм и аксе лерограмм массовых взрывов на карьере, построены искусственные акселерограммы.

На втором этапе по результатам математического моделирования М КЭ напряженно деформированного состояния рассматриваемой геотехнической системы определен пре дельный уровень сейсмовзрывного воздействия на несплошной массив, соответствующий взрыву 1 т ВВ в 200 м от пещеры. При этом развитие пластических деформаций в пределах анализируемых расчетных областей, соответствующих характерным сечения массива, уч тено путем последовательного решения следующих задач: динамической упругой – спосо бом разложения вынужденных перемещений по формам собственных колебаний с исполь зованием искусственных акселерограмм сейсмовзрывных воздействий различной интен сивности;

статической упругопластической;

квазистатической упругопластической задачи с использованием в качестве исходных данных максимальных векторов перемещений узлов расчетной области {Uxi,уi}max, выделенных в пределах всего временного ряда из массива данных {Uxi,уi}k, сформированного следующим образом:

{Uxi,уi}k = {Udxi,уi}k – {Ucxi,уi}, (15) где Ucxi,уi – вектор перемещения i-го узла по результатам решения статической упруго пластической задачи;

Udxik,уik – вектор перемещения i-го узла на k-м шаге табулирования выходных данных по времени при решении упругой динамической задачи.

На следующем этапе с учетом векторной скорости, соответствующей допустимому уровню воздействия на пораженный карстом трещиноватый массив, и экспериментально определенных коэффициентов по формуле М.А. Садовского рассчитаны максимальные массы зарядов в группах и общие массы зарядов для двух направлений продвижения фронта работ.

В результате сопоставления сейсмических эффектов записанных взрывов, отли чающихся по ориентации рядов скважин, числу замедлений и массе зарядов, выбран наи более щадящий режим проведения буровзрывных работ на карьере.

На заключительном этапе моделировалось изменение условий функционирования рассматриваемой геотехнической системы, а именно: разрушения плоского покровного массива многолетнего пещерного льда общей площадью 2400 м2, служащего полом грота пещеры, раскрытия крупных тещин, рассекающих свод, вследствие разрушения его ледя ной корки, перехода известняков из мерзлого состояния в талое.

Установлено, что опасность вывалов отдельных блоков из стен и потолка грота по вышается. При приближении границы карьера к подземному комплексу в одних зонах на пряжения уменьшаются, в других возрастают, но не более чем на 4,6…9,8 %. По мере углуб ления карьера с 15 до 75 м на одних участках свода перемещения уменьшаются в 1,2… раза, на других увеличиваются не более чем в 2,5 раза. Однако даже при прохождении взрывной волны свод не теряет устойчивости. Однако на сейсмостойкость рассматривае мой системы в целом эти факторы заметного влияния не оказывает.

Высокая надежность рекомендованных параметров рассматриваемой геотехниче ской системы обусловлена использованием экспериментальных данных и учетом развития пластических деформаций в массивах, испытывающих сильные колебания, и подтвержде на устойчивым состоянием всех элементов уникального подземного памятника природы.

В рамках развития одного из направлений механики зернистых сред, перспективного в отношении получения достоверных оценок деформаций массивов, сложенных крупнооб ломочными породами, проведены теоретические и натурные исследования, в ходе кото рых:

- опробован новый метод подсчета контактов между крупными обломками и измерения их площадей, предусматривающий последовательное извлечение обломков с последую щей установкой их в первоначальное положение после окрашивания возможных зон их со прикосновения, окончательное удаление, измерение отпечатков контактов, маркировка ус тановленных контактов на удаленных и оставшихся обломках;

- выбран способ измерения средних размеров обломков в трех взаимно перпендику лярных направлениях, обеспечивающий минимальное расхождение между фактическими объемами и рассчитанными по их линейным размерам;

- при обработке данных о длине обломков, площади и числу контактов статистически ми тестами подтверждена неоднородность толщ крупнообломочных склоновых отложений по длине обломков, установлена их неоднородность по числу контактов у обломков и пло щади зон их соприкосновения;

- выявлена неоднородность распределений значений площадей контактов в пределах отдельных слоев, послужившая основанием для выделения трех типов контактов по усло виям соприкосновения обломков (точечных, встречающихся с вероятностью 0,7;

контактов по ребру и площадных, встречающихся с вероятностями 0,2 и 0,1 соответственно);

- усовершенствована обобщенная логическая схема структуры крупнообломочной по роды путем замены наиболее вероятных значений ее характеристик параметрами их рас пределений, положенная в основу обобщенной структурной модели массива, сложенного крупнообломочными породами (М КП) А = f(А1) V … V f(Ап);

kуд, = f(kуд,1) kуп,1 = f(kуn,1) V … V kуд,n = f(kуд,n) kуп,n = f(kуn,n);

O= А,1= f(А,1) А,2= f(А,2) С,2= f(С,2);

(16) s,1 = s,1 V… V s,n ;

к 1,1 = к 1,1 ск1,1 = cк1,1 V… V к 1,n = к 1,n ск1,n = cк1,n ;

К1 = Fк1 = f(Fк1,I-1) f(Fк1,II-1) f(Fк1,III-1) V … V f(Fк1,I-n) f(Fк1,II-n) f(Fк1,III-n);

к 2,1 = к 2,1 ск 2,1 = cк 2,1 V… V к 2,n = к 2,n ск 2,n = cк 2,n ;

V МКП = К = К2= Fк2 = f(Fк2,I-1) f(Fк21,II-1) f(Fк2,III-1) V … V f(Fк2,I-n) f(Fк2,II-n) f(Fк2,III-n);

к 3,1 = к 3,1 ск 3,1 = cк 3,1 V … V к 3,n = к 3,n ск 3,n = cк3,n ;

V К3 = Fк3 = f(Fк3,I-1) f(Fк3,II-1) f(Fк3,III-1) V … V f(Fк3,I-n) f(Fк3,II-n) f(Fк3,III-n);

П = QV WV Л;

О-К’ = f(N1) V … V f(Nп);

С= О-П = 1 V… V n V O-Л = g1 V… V gn V О-W = w1 V… V wn.

где О – обломки;

К – контакты;

П – пустоты;

С – отношения между компонентами контакт ной системы;

A – максимальный из трех размеров обломка;

kуд, kуп и kут – коэффициенты удлинения, уплощения и утоньшения;

А1, А2 и С2 – углы падения и простирания длин ной оси и угол падения короткой оси обломка;

K1, K 2 и K 3 – сухие, обводненные и сце ментированные контакты;

s – плотность обломков;

к и ск – характеристики сопротивления сдвигу по контактирующим поверхностям;

Fк – площадь зоны соприкосновения обломков;

Q – воздух;

W – вода;

Л – лед;

N – число контактов у обломка;

, g и w – плотность, льди стость и влажность крупнообломочной породы;

I, II и III – типы контактов;

n – количество квазиоднородных зон;

и V – знаки логических операций «и» и «или» соответственно.

В целях повышения степени соответствия расчетных схем реальным массивам раз работан и реализован в виде программы для ЭВМ метод воспроизведения вариантов упа ковок моделей обломков, соответствующих заданным параметрам распределений харак теристик структур крупнообломочных пород в выделенных зонах. Последовательность ос новных операций, выполняемых в ходе реализации этого метода, приведена на рис. 4.

1. Размещение моделей обломков в пределах расчетной области:

Перемещение моделей по Определение размеров Расчет масс моделей коридорам до достижения и ориентации моделей обломков, плотности обломков в процессе границы области или гра- упаковки, ее сравнение ницы модели обломка розыгрыша показателей: с плотностью породы А, kуд,kуп, А1, А2, С Оптимизация упаковки по плотности Выход 2. Формирование связей между обломками:

Распознавание и привязка контактов к обломкам, оп- Сравнение параметров распределения с задан ределение установленного и возможного числа кон тактов у обломков, параметров его распределения ными параметрами Оптимизация системы связей по числу контактов Выход 3. Розыгрыш значений F I, FII и F III с учетом вероятностей типов контактов Рис. 4. Модульная схема программы «PACKING»

Заданные и рассчитанные параметры распределений контролируемых показателей упаковок, полученных при запусках программы «PACKING», представлены в табл. 1.

В результате анализа входных и выходных параметров распределений установлено, что расхождения между средними значениями длин обломков, числа и площадей контактов не выходят за пределы 0,03… 3,22 %, а расхождения между их среднеквадратическими от клонениями – 10,51… 28,39 %.

Таблица Параметры распределений характеристик структуры и вариантов ее модели Запуск Плотность Средние значения и среднекв адратические отклонения характеристик стру кту ры (ее модели):

програм- породы длины обломков, коэффи циентов числа площади мы (плотность м у длинения и контактов контактов упаков ки), уплощения у обломка I, II и III типов, м г/см А A k k N N lgF lgF 1 1,8 0,1128 0,0447 k уд - 0,6820 0,1923 6,3460 2,1792 I:

-0,3208 0, (1,8) (0,1126) (0,0396) (0,7567) (0,1383) (5,8510) (2,7809) (-0,3197) (0,2041) k уп - 0,6112 0,1805 II: 0,1242 0, (0,5578) (0,1458) (0,1245) (0,1714) III: 0,7102 0, (0,7076) (0,3827) 2 1,8 (0,1123) (0,0395) k уд - (0,7527) (0,1386) (6,4394) (2,7553) I:

-(0,3201) (0,2038) (1,8) k уп - (0,5568) (0,1453) II: (0,1232) (0,1704) III: 0,7098) (0,3830) 3 1,8 (0,1125) (0,0397) k уд - (0,7540) (0,1384) (6,3317) (2,7914) I: (-0,3213) (0,2049) (1,8) k уп - (0,5555) (0,1451) II:(0,1234) (0,1710) III: (0,7138) (0,3780) 4 1,8 (0,1122) (0,0396) k уд - (0,7546) (0,1381) (6,3601) (2,7756) I: (-0,3181) (0,2052) (1,8) k уп - (0,5555) (0,1451) II: (0,1282) (0,1704) III: (0,7027) (0,3838) Математическая модель распределения крупных глинистых включений в песчано-глинистых отвалах Изучение процесса распределения кусков глинистых пород в пределах экскаватор ных отвалов, формируемых из рыхлых смесей песчаных и пылевато-глинистых пород, обусловлено отсутствием данных по этому вопросу, а также неэффективностью традици онных мероприятий по осушению отвальных площадок, направленных на предотвращение деформаций внутренних песчано-глинистых отвалов.

Процесс распределения крупных включений в пределах отвальных конусов изучен на физических моделях, формируемых из смесей разномасштабных компонентов, удовле творяющих критериям подобия метода эквивалентных материалов.

В ходе экспериментов с различных отметок из смесей, содержащих 1… 32 % включе ний, отсыпались модели высотой 10…35 см. В качестве включений использовались кубики трех размеров, соответствующих минимальному, среднему и максимальному размерам кусков глинистых пород в их скоплениях у подножий отвалов.

После отсыпки и фиксации геометрических параметров модели разбирались по ре гулярной схеме, предусматривающей последовательное удаление объемов, представ ляющих собой тела вращения, сначала из отвального конуса, а затем из зоны разброса, примыкающей к его подножью. На заключительном этапе эксперимента происходило раз деление компонентов смеси ситовым методом и их дифференцированное взвешивание.

Полученные данные обрабатывались с помощью программы «DISINTEGRATION», представляющей результаты расчетов в виде таблиц, картин изолиний содержаний вклю чений в пределах отвалов – Zd и диаграмм распределений содержаний включений от их общей массы – Zk по зонам колец разброса.

В результате визуальных наблюдений, анализа фотографических материалов, кар тин изолиний и диаграмм распределений установлено следующее.

1. В отвальных конусах формируются зоны, существенно отличающиеся по про центному содержанию включений. Их положение, форма и количество зависят от процент ного содержания включений в составе исходной смеси – р, высоты отвала – H, среднего размера включений – r и высоты разгрузки ковша – Нp.

2. В зависимости от среднего размера и высоты отсыпки в периферийной зоне ниж него яруса отвального конуса скапливается 50… 89 % содержащихся в нем включений, а у подножья 9… 32 % от их общей массы.

3. Из смесей, содержащих более 5 % крупных глинистых включений, на расстоянии 10… 12 м от вертикальной оси отвала на его контакте с основанием из кусков глинистых по род формируется упаковка с открытыми пустотами (не заполненными или частично запол ненными рыхлым материалом). М ощность упаковки возрастает в радиальном направлении и достигает своего максимального значения на границе отвала с кольцом разброса.

В реальных условиях упаковки такого рода характеризуются высокой водопрони цаемостью и низкой водопрочностью. При наличии инфильтрационных или подземных вод куски глинистых пород, из которых они состоят, со временем насыщаются водой и дефор мируются, при этом упаковки превращаются в слабые водонепроницаемые слои. Описан ный механизм процесса образования слабого слоя объясняет как деформации внутренних отвалов, захватывающие значительные площади и сопровождающиеся выдавливанием пластичных глинистых масс из их оснований, так и снижение со временем эффективности дренажных систем в виде траншей, заполненных фильтрующим материалом.

При отсыпке на сухие площадки с организованным стоком дождевых и талых вод смесей, содержащих крупные глинистые включения, устойчивость песчано-глинистых от валов, наоборот, повышается за счет призм упора, образующихся естественным образом у подножий откосов и повышенного содержания более прочных включений в зонах концен трации касательных напряжений.

При проверке статистических гипотез об аналогичности моделей отвалов, сформи рованных из смесей, содержащих только включения среднего размера и включения трех размеров при их различном соотношении, установлено, что суммарные содержания вклю чений в зонах отличаются не существенно, если распределения значений r симметричны.

В результате обработки данных по 141 модели, установлено число зон, квазиодно родных по содержанию глинистых включений, и наиболее вероятное положение границ между ними. Определен вид уравнений, описывающих изменение содержаний включений в кольцах разброса Zk и их содержаний в квазиоднородных зонах Zd,i. Рассчитаны относи тельные объемы зон V, выделенных на схемах разграничения отвалов. Результаты иссле дований отражены в табл. 2.

Таблица М одель распределения крупных глинистых включений в отвальных конусах ХВысота ХСодержание ХСхемы разграничения ХОтносительные объемы зон и формулы отвала, включений в отвалов на для расчета в них процентных м смеси, % квазиоднородные зоны содержаний включений V = 1;

h 10 до 20 Zk = p(33,374182 r 0,7 + 0,0525689 Hp)/ b { 1: V = 0,75;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,552303 p;

при r = 0,168 – Zd,1 = 0,751237 p;

2 2: 2: h/3;

b/ 15 до 20 2: V = 0,25;

Zd,2 = 1,290795 p 1: V = 0,82;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,601118 p;

Х при r = 0,168 – Zd,1 = 0,756839 p;

2 2: h/4;

b/ 20 до 10 2: V = 0,18;

Zd,2 = 1,291461p 1: h-h/4;

1: V = 0,28;

Zd,1 =0,552973 p;

2 2: b/ 2: V = 0,54;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,653807p;

20 от 10 до 20 3 3: h/4;

b/ при r = 0,168 – Zd,2 = 0,889330 p;

3: V = 0,18;

Zd,3 = 1,291461p 1 1: V = 0,75;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,542621p;

2: h/5;

b/ 25 до 10 при r = 0,168 – Zd,1 = 0,746109 p;

2: V = 0,25;

Zd,2 = 1,156336 p 1: V = 0,37;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,380303 p;

Х,1 2:h;

b/ 2 при r = 0,168 – Zd,1 = 0,623555 p;

3: h/5;

b/ 25 от 10 до 20 4: h/5;

b/6 2: V = 0,23;

Zd,2 = 0,605017 p;

3: V = 0,27;

Zd,3 = 0,893375 p;

4:

V = 0,13;

Zd,4 = 1,633699 p 1: V = 0,50;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,401923 p;

2: h-h/6;

при r = 0,168 – Zd,1 = 0,575494 p;

b/6-b/ 30 до 10 2: V = 0,19;

при r = 0,672 – Zd,2 = 0,625654p;

3: h/6;

b/ при r = 0,168 – Zd,2 = 0,775644 p;

3:

V = 0,31;

Zd,3 = 1,305912 p 1: V = 0,51;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,401923 p;

1 2: h-h/6;

при r = 0,168 – Zd,1 = 0,575494 p;

2 b/6-b/ 2: V = 0,13;

при r = 0,672 – Z2 = 0,614948 p;

3 3: h/6;

b/ 30 от 10 до 20 при r = 0,168 – Zd,2 = 0,769856 p;

4 4: h/6;

b/ 3: V = 0,24;

Zd,3 = 1,005772 p;

4: V = 0,12;

Zd,4 = 1,733784 p 1: V = 0,57;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,343498 p;

2: h-h/7;

при r = 0,168 – Zd,1 = 0,418921 p;

2 b/7-4b/ 35 до 10 2: V = 0,20;

Zd,2 = 0,717195 p;

3 3: h/7;

3b/ 3: V = 0,23;

Zd,3 = 1,510327 p 1: V = 0,39;

при r = 0,672 – Zd,1 = 0,325282 p;

1 2: h-h/7;

b/7-2b/ при r = 0,168 – Zd,1 = 0,510025 p;

2 3:h/7;

4b/ 2: V = 0,10;

Zd,2 = 0,672432 p;

3 4: 2h/7-6h/7;

b/ 35 от 10 до 20 3: V = 0,18;

Zd,3 = 1,123863 p;

5: h/7;

b/ 4: V = 0,09;

Zd,4 = 0,300700 p;

4 5: V = 0,24;

Zd,5 = 0,300700 p.

Закономерности формообразования и деформирования экскаваторных отвалов В результате анализа данных об изменении геометрических параметрах физических моделей отвалов в процессе их формирования из смесей, эквивалентных по составу и свойствам песчано-глинистым отвальным породам, выявлены три стадии формообразова ния (рис. 5), отличающиеся по степени, интенсивности и характеру изменения геометриче ских параметров откосов (высоты и трех углов: o – угла откоса, измеренного от основания отвала;

g – результирующего угла откоса;

с – угла, измеренного в пределах прямолиней ного участка линии откоса).

Диапазоны изменения параметров моделей отвалов:

m,о = 15 m,о = 14… 15,5 m,о = 9… m,g = 7,4 m,с = 6,5… 8,5 m,g = 8,9… m,g = 6,7…7,4 m,o = m,c Параметры отвалов:

n,c = 37… 38 n,c = 36… 38 n,o= n,c = 42… n,g = 32… 37 n,g= 38… Рис. 5. Изменение параметров и формы моделей отвалов в процессе отсыпки в них материалов эквивалентных:

1 и 2 – суглинку тугопластичному, содержащему крупные куски глин и не содержащему такого рода включений соответственно ( = 1,11,8 г/см 3;

с = 022 кПа;

= 1221);

3 – супеси твердой ( = 1,21,8 г/см 3;

с = 025 кПа;

= 2729);

I – стадия увеличения угла откоса;

II – стадия поверхностных оползней;

III – стадия глубоких локальных циклических оползней;

III – стадия циклического оседания и расширения конусообразного массива;

- зона с максимальным содержанием включений;

- зона с минимальным содержанием включений;

- область кольца разброса;

- профиль отвала в начале цикла;

- профиль в середине цикла;

- профиль в конце цикла На первой стадии быстро увеличиваются высота и контролируемые углы, порции смесей остаются на месте, а отвалы не деформируются;

на второй стадии по мере увели чения высоты углы отвала изменяются несущественно, при этом порции смеси не остают ся на месте, а скользят по склону. В конце этой стадии начинают формироваться глубокие трещины. На третьей стадии геометрические параметры откосов периодически достигают значений, при которых конусные отвалы начинают деформироваться. При этом высота от вала уменьшается, а линия откоса отклоняется от прямолинейного положения. В ходе дальнейшей отсыпки высота отвала увеличивается, а степень отклонения линии откоса от прямолинейного положения уменьшается. На следующей стадии отвал деформируется уже при меньшем результирующем угле откоса.

Установлено, что уменьшение сцепления в верхних слоях песчано-глинистого отва ла приводит к увеличению высоты, при которой конусные отвалы начинают периодически деформироваться.

При более высоких значениях угла внутреннего трения и более низких значениях сцепления профили отвальных конусов приобретают выпуклую форму (рис. 6, а).

а) угол, измеренный в пределах прямолинейного участка с, град угол, измеренный от основания отвала o, град генеральный угол откоса g, град высота отвала h, м 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 Номер профиля м б) угол, измеренный от основания отвала (в пределах прямолинейного участка) o, град генеральный угол откоса g, град высота отвала h, м 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Номер профиля Рис. 6. Параметры моделей отвалов, сформированных из материалов эквивалентных:

а - суглинку;

б – супеси При более низких значениях угла внутреннего трения и более высоких значениях сцепления линия откоса отвального конуса на последнем этапе его формирования приоб ретает вогнутую форму в результате того, что на наиболее крутых участках откоса разви ваются локальные оползни, захватывающие все большие площади по мере увеличения высоты отвала. Деформации такого рода на последней стадии формирования отвала при водят к периодическому изменению параметров h, o и g, а также к плавному уменьшению угла с, измеренного в пределах прямолинейного (среднего) участка линии откоса (рис. 6, б).

Наличие крупных включений в составе смеси приводит к тому, что верхний и нижний участки линии откоса в процессе отсыпки постепенно искривляются. При этом верхняя часть откоса приобретает выпуклую форму, а нижняя – вогнутую. Степень отклонения ли нии откоса от прямолинейного положения возрастает по мере увеличения содержания включений в исходной смеси, их среднего размера и высоты разгрузки ковша. Переход в третью стадию имеет место при содержании включений в смеси, превы шающем 5 %.

М етодом физического моделирования установлено (рис. 7), а методом математиче ского моделирования и данными о причинах простоев шагающих экскаваторов подтвер ждено то, что сначала угол наклона базы достигает предельного при работе экскаватора значения. Затем своего критического уровня достигает ее осадка.

Sm, мм 28 Рис.7. Зависимость высоты I m, град модели отвала от:

1 - осадки базы S m;

2 - угла наклона базы I m;

25 - граница опасной зоны по осадке Sk m = 2,6 мм 1 20 - граница опасной зоны по углу наклона базы при 15 работе экскаватора Ik2 = - граница опасной зоны по углу 10 наклона базы при движении Ik2 драглайна Ik1 = 5 Sk Ik 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Hm, м 0 6,5 13,0 19,5 26,0 Hn, м В результате анализа данных, полученных при равномерной подрезке по периметру откосов физических моделей песчано-глинистых конусообразных отвалов, используемых в качестве рабочих площадок драглайнов, с заданным шагом изменения угла откоса, уста новлено следующее.

Опасный, с точки зрения потери экскаватором устойчивости, крен Ik2 развивается в основании базы либо при потере устойчивости подрезанным откосом, либо несущей спо собности основанием.

По мере увеличения высоты отвала, сужается сектор, в пределах которого подрезка откоса приводит к развитию оползня. Пока размер такого сектора превы шает 180, разру шение откоса не сопровождается развитием заметного крена в основании базы экскавато ра, т.е. не представляет для него опасности. При высоте отвала - 15… 18 м размер сектора оползня сокращается в 3… 4 раза, а крен увеличивается до критического значения, т.е. воз никает угроза потери экскаватором устойчивости. В связи с этим подрезка откосов песчано глинистых отвалов высотой более 15 м, при работе на них драглайнов даже в пределах не больших секторов признана опасной (см. рис. 7).

На рис. 2 и 8 нашла отражение достаточно высокая степень сходимости между рас четными и фактическими параметрами отвалов и их моделей, подтверждающая высокую степень надежности оценок их состояния, получаемых с помощью предложенной методики.

Рис. 8. Параметры отвалов, используемых в качестве рабочих площадок экскаватора ЭШ-20/90, и их моделей:

- максимальные параметры моделей;

- расчетные параметры отвалов;

- расчетные параметры моделей;

- зарегистрированные параметры отвалов (месторождение Красноармейское) Методика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных систем по вероятностям отказов и степени использования ресурсов их элементов Разработанная методология основана на использовании методов системного анали за, теории надежности и теории рисков (рис. 9).

Решение задачи Решение задачи методами Решение задачи методом методами теории рисков теории надежности системного анализа Определение предельных пара Анализ аварийных ситуаций, возни- Численное и физическое моделирова метров отвалов при использова кающих при работе драглайнов на ние состояния рассматриваемой гео технической системы в условиях изме- нии верхних и нижних оценок ха отвалах. Их типизация по условиям рактеристик отвальных пород возникновения. Ранжирование отка- нения параметров ее отдельных эле зов экскаваторно-отвальных систем ментов при использовании средних по уровню ущерба оценок характеристик отвальных пород Построение ф ункций рисков отка за системы, соответствующих Определение параметров отвалов, различным условиям ее ф ункцио Выбор и нормирование соответствующих нормированным нирования показателей эксплуатационной безо- показателям пасности Сравнение драглайнов по степени Ранжирование отказов, марок драг использования ресурса технических лайнов и способов подготовки характеристик рабочих площадок Разработка рекомендаций по формированию отвальных массивов, их использованию в качестве рабочих площадок драглайнов и изменению технических характеристик шагающих экскаваторов Рис. 9. Алгоритм анализа условий функционирования экскаваторно-отвальных систем В ходе реализации этой методики выделены основные технические характеристики шагающих экскаваторов, влияющие на условия их эксплуатации, а именно: среднее давле ние на основание при работе;

тип механизма передвижения, от которого зависят траекто рия движения базы и предельный уровень ее осадки;

допустимые уклоны при работе и пе редвижении.

По величине среднего давления Рб, драглайны разделены на четыре класса: 1) лег кие (Рб не более 0,06 МПа);

2) экскаваторы среднего класса (Рб – 0,08…0,10 МПа);

3) тяжелые (Рб – 0,11…0,14 МПа);

4) сверхтяжелые (Рб не менее 0,18 МПа).

По уровню допустимой осадки базы – на три подкласса: с механическим приводом (Skmin);

с гидравлическим приводом и неполным отрывом базы от основания при ее пере мещении (Skcp);

с полным отрывом базы от основания (Skmaх).

По сочетаниям уровней количественных показателей эксплуатационной безопасно сти (допустимых значений осадки базы – Sk, углов наклона экскаватора при работе – Ik1 и передвижении – Ik2) драглайны разделены на пять групп: легкие (Ik1min, Ik2cp, Skmin);

среднего класса (Ik1 min, Ik2maх, Skcp);

последние модификации экскаваторов среднего класса (Ik1maх, Ik2maх, Skcp);

тяжелые (Ik1maх, Ik2cp, Skcp) и сверхтяжелые (Ik1cp, Ik2min, Skmaх).

Допустимые осадки нормированы с учетом конструктивных особенностей механизмов передвижения драглайнов и циклического изменения положения точки приложения верти кальной нагрузки в процессе поворота экскаватора относительно центральной оси базы.

Проанализированы случаи отказов рассматриваемой геотехнической системы. Ве роятными признаны следующие аварийные ситуации: 1) разрушение роликов опорного круга вследствие их перегрузки при превы шении углом наклона базы допустимого при ра боте драглайна значения;

2) потеря экскаватором способности самостоятельно передви гаться вследствие развития недопустимой осадки в основании его базы;

3) потеря экскава тором устойчивости вследствие превышения углом наклона базы критического значения при стабильном состоянии остальных элементов рассматриваемой геотехнической систе мы – отвала и его основания;

4) разрушение экскаватора вследствие потери откосом ус тойчивости или основанием несущей способности.

С учетом объемов потерь первые две ситуации отнесены к низшему уровню опасно сти, последние две – к высшему.

Выделены и представлены в виде логических схем (17) и (18) два уровня безотказ ности системы: 1) не допускающего ни одной из возможных аварийных ситуаций;

2) не до пускающего только те ситуации, при которых система реанимирована быть не может.

I Ik1 S Sk I Ik2 Uk ;

(17) I Ik2 Uk, (18) где I и S – расчетные значения крена базы и ее осадки;

Uk – качественный показатель, свидетельствующий о потере основанием несущей способность или откосом устойчивости.

На обоих уровнях вероятность отказа рассматриваемой системы в целом Р принята равной максимальной из вероятностей отказов системы в проверяемых ситуациях, т.е.

(19) P = P max,i.

Среди способов формирования рабочих площадок для экскаваторов на отвалах вы делены два способа: 1) способ формирования временного отвала, предусматривающий срезку верхней части отвального конуса до уровня, обеспечивающего размещение базы экскаватора в границах ядра отвала;

2) способ формирования подсыпки, предусматри вающий отсыпку экскаватором массива с горизонтальной площадкой.



Pages:   || 2 |
 














 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.