Выбор способа защиты бортов отработанных или законсервированных карьеров от ветроволнового воздействия

Актуальность работы. При ликвидации или консервации карьера возникает необходимость прекращения работы водоотлива, дальнейшая эксплуатация которого потребует высоких затрат. Большинство карьеров в нашей стране расположены на территории с семиаридным климатом, следовательно, можно утверждать с высокой степенью достоверности, что при прекращении их эксплуатации произойдет постепенное заполнение выработанного пространства водой. Инструкция Госгортехнадзора России о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами, предусматривает ряд мероприятий, направленных на обеспечение безопасности, но без специальных действий сложно предотвратить размыв бортов карьера при его затоплении.

Между тем в районе действия карьеров могут находиться не только важные инженерные сооружения, социальные и жилищно-бытовые объекты, но и транспортные коммуникации. Верхние уступы действующих карьеров, как правило, сложены мягкими, во многих случаях легко размываемыми горными породами. При большой длине водной поверхности в условиях сильных ветров на формируемом зеркале в законсервированном или ликвидированном карьере будет возникать значительное волнение, которое можно оценить по известной шкале волны. Ветровые воздействия и, как следствие, волновые явления могут привести к нарушению устойчивости верхних уступов борта карьера и создать угрозу для фундаментов зданий и инженерных сооружений.

Чтобы избежать подобных негативных последствий, необходимо определить способ и разработать технологию защиты бортов карьеров от волновых воздействий при ликвидации или консервации и обосновать конструкцию таких инженерных сооружении, а также метод их защиты.

Целью настоящей диссертации является научное обоснование технологии защиты бортов ликвидируемых или консервируемых карьеров от ветроволнового воздействия.

Основная идея заключается в том, что защиту откосов верхних уступов борта карьера от ветроволнового воздействия при его затоплении можно обеспечить за счет уменьшения длины волнообразования, применив самовсплывающие по мере затопления карьера дамбы.

Научные положения, выносимые автором на защиту, и их новизна.

1. Для снижения ветроволнового воздействия на борта ликвидируемого или консервируемого карьера необходимо разделить водную поверхность, возникающую за счет притока вод, на отдельные участки, длина которых определяется параметрами гидрометеообстановки.

2. Размещение плавучих дамб определяется размерами предельного контура карьера, а расстояние между дамбой и бортом карьера для несвязных горных пород с диаметром частиц менее 1 мм не должно превышать 10 метров. Для связных горных пород и для несвязных горных пород с диаметром частиц более 1 мм расстояние между дамбами должно определяться из условия, при котором период волны при предельной расчётной скорости ветра исключает образование размывающей волны.

3. Параметры дамбы определяются параметрами волнообразования. Ее высота должна быть не менее двух высот волны с учетом обеспечения плавучести конструкции, ширина дамбы должна быть не менее ее высоты.

Научное значение состоит в установлении зависимостей параметров дамб от величины выработанного пространства и гидрометеообстановки.

Практическое значение работы. Обоснован способ защиты бортов и методика расчета параметров технических средств для его осуществления.

Достоверность научных положений и результатов, выводов и рекомендаций диссертационной работы основана на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающих анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, аналитические исследования с использованием основополагающих положений механики и гидромеханизации.

Апробация работы. Разработанные технологические решения докладывались на конференциях «Неделя горняка» (2002;03 гг.), заседаниях кафедры ТО МГГУ (2003;04 гг.).

Реализация выводов и результатов работы. Рекомендации по защите бортов карьеров от ветровых воздействий при погашении или консервации приняты к внедрению ЗАО «Надежденское».

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 3 работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав, введения и заключения, списка использованных источников из 50 наименований, содержит 43 рисунка и 32 таблицы.

Автор искренне благодарит всех преподавателей кафедры ТО.

Выводы по главе 4:

1. Для выбора наиболее оптимальных конструкций, необходимо учитывать следующие условия:

— время затопления карьерного поля;

— планируемый срок службы дамбыщ — тип горных пород, слагающих борт карьера.

2. По времени затопления карьеры можно разделить на 4 категории:

— от 1 до 2 (малое);

— от 2 до 5 (среднее);

— от 5 до 10 (долгое);

— более 10 (сверх долгое).

3. При небольших карьерных полях срок службы дамбы ограничен, временем затопления и дальнейшее их использование нецелесообразно, поэтому для предотвращения размыва бортов карьеров с небольшой площадью зеркала воды и малым временем затопления, необходимо использовать деревянные решетки.

При среднем времени затопления и малых карьерных полях необходимо применять металлические ящики с низкой металлоемкостью, возможно без антикоррозийной обработки.

При долгом и сверх долгом времени затопления и малых карьерных полях металлические ящики необходимо подвергнуть антикоррозийной обработке, причем ее качество определяется планируемым сроком службы дамбы.

При средних карьерных полях срок службы должен быть рассчитан на максимально возможное время и дамбы должны быть изготовлены из металла, и пройти хорошую антикоррозийную обработку.

4. Масса якорей на единицу длины ряда дамб (металлических ящиков) определяется из выражения (4.8.) и составит от 0,07 до 0,09 т*м, в зависимости от параметров волны.

5. Предел прочности тросов (цепей) на растяжение на единицу длины ряда дамб (металлических ящиков) определяется из выражения (4.9.) и составит от 0,1 до ОД3 т*м, в зависимости от параметров волны.

6. По высоте дамба должна иметь размеры, соответствующие высоте волны и составит 0,5 — 0,7 метров.

7. Ширину дамбы следует принимать из условия устойчивости волнозащитного сооружения. Ширина дамбы при этом равна двум ее высотам.

8. Объем поплавковых элементов (для дамб с двумя поплавковыми элементами) должен рассчитываться из условия (4.12.).

9. Следовательно, массу якорей на единицу длины конструкции с двумя поплавковыми элементами следует принимать из выражения (4.14.).

10. Предел прочности на единицу длины конструкции тросов (цепей) на растяжение из выражения (4.15.).

11. Длину тросов и цепей следует принимать из расчета глубины водоема в месте установки дамбы при конечном затоплении карьера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных в работе исследований, решена актуальная научная задача защиты бортов ликвидированных или законсервированных карьеров от ветроволнового воздействия при их затоплении, путем сокращения длины волнообразования с помощью всплывающих дамб. На основе данной работы можно сделать следующие выводы и дать рекомендации:

1. Разработан способ защиты бортов карьера от ветроволновой абразии, заключающийся в сокращении длины волнообразования при применении всплывающих дамб.

2. Разработан метод расчета параметров установки волнозащитных сооружений с учетом гранулометрического состава пород, слагающих защищаемый борт карьера, и предельного контура карьера при его затоплении. Параметры дамбы определяются параметрами волнообразования. Ее высота должна быть не менее двух высот волны с учетом обеспечения плавучести конструкции, ширина дамбы должна составлять не менее величины ее высоты.

3. В течение всего времени затопления карьера, из-за невозможности по экономическим соображениям придать борту устойчивый к размыву угол, необходимо полностью исключить появление трехмерных волн на участке между первым рядом дамб и бортом карьера, так как для мягких, легкоразмываемых пород, ясно, что при крутом уклоне (30°) даже небольшое волнение приведет к размыву участка борта у уреза воды и, как следствие, оползневым явлениям. Как было установлено, при высоких скоростях ветра (14−18м/с) длина участка волнообразования, исключающего образование трехмерных волн, составляет около 10 метров.

4. В качестве волнозащитных сооружений наиболее приемлемыми являются всплывающие конструкции. Дамба, имеющая положительную плавучесть, и, не закрепленная жестко, всплывает по мере заполнения выработанного пространства карьера, предохраняя от волнового воздействия его борта в течение всего времени его затопления. Кроме того, при больших глубинах, применение всплывающих дамб при их низкой материалоемкости гораздо дешевле стационарных волнозащитных сооружений.

5. Экономическая эффективность применения предлагаемого способа защиты зависит от цены за 1 га изъятых из народнохозяйственного пользования земель, стоимости изготовления и установки всплывающих дамб и параметров волнообразования.