Защита от камнепадов в горнодобывающем секторе

Автор: Горбачева Т. М., руководитель направления «Инженерная защита от камнепадов, лавин и селей» ООО «Габионы Маккаферри СНГ»

Горнодобывающая промышленность представляет собой комплекс отраслей по добыче, переработке и обогащению полезных ископаемых. Сегодня к данной отрасли предъявляют строгие требования по соблюдению норм охраны окружающей среды, эксплуатации и восстановлению земель при проведении горных работ, в связи с этим возрастает потребность в решениях по экономии пространства организации работ. Решения компании «Маккаферри» для горнодобывающей промышленности во многом способствуют повышению конкурентоспособности горнодобывающих предприятий и их экологической безопасности.

Рис. 1. Драпировка «Стилгрид HR» на бортах золоторудного карьера, компания Barrick Ltd

Ключевым объектом в горнодобывающем комплексе является карьер, который используется для извлечения полезных ископаемых, залегающих в приповерхностных слоях земной коры. Для проведения работ по дроблению, погрузке и разгрузке материалов требуется тяжелая техника, способная беспрепятственно добираться до мест разработки. Для максимизации объема добычи и минимизации площади инфраструктуры склоны делаются более крутыми. Однако при такой организации рабочего пространства появляется опасность обрушения склонов, что может поставить под угрозу безопасность проведения горнодобывающих работ. Компания «Маккаферри» в качестве решения данной проблемы предлагает использование высокопрочной стальной сетки в качестве драпировки склонов (рис. 1, 2), а также противокамнепадных барьеров ударной прочностью до 8 500 кДж.

Рис. 2. Простая драпировка («Стилгрид HR»). Карьер Нидри, Австралия
Рис. 3. Простая драпировка склонов

В данной статье мы бы хотели более подробно рассмотреть возможности применения драпировки для целей защиты бортов карьеров от обрушений.

Противокамнепадные сетчатые системы делятся на два типа:

1) простая драпировка (анкерное крепление сетки осуществляется по верхней и нижней кромкам) (рис. 2, 3);

2) драпировка с дополнительным армированием (анкерное крепление осуществляется не только по верхней и нижней кромкам, но и по всей поверхности склона с определенным шагом) (рис. 4).

Рис. 4. Драпировка с дополнительным армированием

После согласования использования тех или иных материалов компания «Маккаферри» в кратчайшие сроки осуществляет их поставку на объект, поскольку производство расположено в России на заводах в Московской и Курганской областях. Широкую известность в России получил материал «Стилгрид®», который подходит как для простой, так и для драпировки с армированием.

«Стилгрид® HR» (Highly Resistant, от англ. «высокопрочный») представляет собой полотно из сетки (проволока 2,7–3,0 мм) двойного кручения с шестиугольными ячейками (80 × 100 мм) и вплетенными в нее в продольном направлении стальными тросами диаметром 8,2 мм с шагом 30, 50, 100 и 150 см. Сетка и тросы удовлетворяют требованиям ГОСТ Р 51285, ГОСТ 3066.

Данный материал имеет ряд преимуществ. Во-первых, в его основе лежит сетка двойного кручения, которая при разрыве одного звена не расплетается (рис. 5).

Рис. 5. Преимущества сетки двойного кручения перед сеткой  с ромбической ячейкой

Во-вторых, полотно в себе содержит стальные канаты, которые принимают на себя основные нагрузки (рис. 6, 7).

Рис. 6. Силы, действующие на простую сетку двойного кручения (без вплетенных в полотно канатов):
— под нагрузкой (собственный вес, обломки, снег) верхний удерживающий трос нагружен равномерно и сильно провисает между анкерами;

— все полотно сильно растягивается вплоть до разрыва
Рис. 7. Силы, действующие на сетку двойного кручения с вплетенными стальными канатами:
— за счет перераспределения нагрузок собственный вес сетки несущественен и может не учитываться;
— под весом обломков и снега верхний трос нагружен в местах соединения с боковыми канатами и силы передаются анкерам (трос не провисает);

— сетчатое полотно частично нагружено, не происходит сильное растяжение (часть сил передается в боковые канаты и к верхним анкерам)

«Стилгрид® BO» (bi-oriented, от англ. «двуосный») представляет собой сетку двойного кручения и имеет канаты не только в продольном направлении, но и в поперечном. Шаг продольных канатов — 150 см. Шаг поперечных канатов — 150, 200 или 300 см. «Стилгрид BО» имеет преимущество, заключающееся во внедрении дополнительных поперечных канатов в структуру сетки, что увеличивает прочность всей драпировки. Данный материал позволяет экономить на строительно-монтажных работах и за счет удобства производить анкеровку в местах пересечения канатов (рис. 8).

Рис. 8. Анкерное крепление в месте пересечения продольного и поперечного каната «Стилгрид® BO»

Все виды «Стилгрида®» сертифицированы в системе ГОСТ Р и производятся по ТУ 1275-003-42873191-2013.

HEA-панели (High Energy Absorption) представляют собой плетеные канатные панели с высоким поглощением энергии, применяемые для создания систем защиты от камнепадов в качестве драпировки скально-обвальных участков с дополнительными анкерами. Канаты диаметром 8–10 мм сделаны из проволоки с плотным цин ковым покрытием, также могут иметь покрытие типа «гальфан» или ПВХ для применения в наиболее агрессивной среде. Канатные панели имеют высокую степень защиты и предназначены для укрепления крутых откосов с высокой трещиноватостью пород (рис. 9).

Рис. 9. Высокопрочный узел канатной НЕА-панели

Панели рассчитаны на длительные статические нагрузки. Являются хорошей альтернативой кольчужной сетке, но при этом не оказывают сильного утяжеляющего эффекта на склон. Благодаря стыковому соединению, на котором в момент удара предельное сопротивление превышено, узлы постепенно освобождаются от нагрузки, поглощая ее до тех пор, пока не будет достигнут предел прочности. Нагрузка от одного узла передается равномерно на все полотно, и тем самым происходит гашение энергии. Узел сделан при помощи двойного связывания канатов стальной проволокой с плотным цинковым или гальфановым покрытием диаметром 3 мм (рис. 10).

Рис. 10. Применение НЕА-панелей на сильнотрещиноватых склонах

Дополнительно по периметру панель оплетается канатом диаметром 8 или 10 мм. В зависимости от проектного решения НЕА-панели могут быть использованы как самостоятельно, так и в сочетании с такими материалами, как сетка двойного кручения (DT), или другими системами драпировки разновидностей «Стилгрид®» HR или BO (для усиления прочностных характеристик защитного полотна).

НЕА-панели в сочетании с геосинтетическим материалом «МакМат R» могут использоваться для устройства нагельных полей и защиты склонов от оползневых и эрозионных процессов. Такая система защиты подходит для глинистых и песчаных грунтов. Противоэрозионный мат (MacMat R) закрепляет верхний, подверженный эрозии слой грунта, а нагели и канатные НЕА-панели способствуют более глубокой консолидации и устойчивости склона. Сквозь данную систему легко прорастает местная растительность.

НЕА-панели сертифицированы в системе ГОСТ Р и производятся по ТУ 1252-020-42873191-2014.

В качестве дополнительных материалов могут поставляться различные анкеры с пластинами и гайками, удерживающие тросы, вязальная проволока, скрепки и зажимы HR-link и HR-grip и другие вспомогательные материалы для монтажа драпировки.

В зависимости от индивидуальных условий того или иного карьера, а также бюджета предприятия может быть предпочтителен тот или иной тип драпировки.

Инженеры компании «Маккаферри» оказывают бесплатную техническую поддержку в выборе оптимального решения с экономической и технической точек зрения, в том числе с точки зрения производственной безопасности (драпировка простая или с армированием), а также в кратчайшие сроки могут выполнить расчет в специальном программном обеспечении MacRO с указанием на тип материалов: вид драпировочной сетки и крепежных элементов (размер удерживающих тросов, оптимальный шаг, длина и диаметр анкеров) (рис. 11, 12).

Рис. 11. Интерфейс MacRO1 для простой драпировки
Рис. 12. Интерфейс MacRO2 для драпировки с армированием

Программный комплекс MacRO сертифицирован в системе ГОСТ Р и используется многими проектными российскими институтами для расчета противокамнепадной драпировки.

Для высокой точности расчетов специалисты компании «Маккаферри» запрашивают набор входных данных об объекте: геологическое строение зоны разработки карьера, морфология бортов, гидрометеорологические условия района разработки карьера, наличие растительности, нагрузка от техники и т. д. При необходимости специалисты выезжают на объект для более детального обследования.

Основываясь на международном опыте применения систем драпировки, компания «Маккаферри» в России ведет активную совместную работу с такими компаниями, как «Шемур» и «АЛРОСА», позволяя вести горнодобывающую деятельность экономически более эффективно, а главное — безопасно.