Уступ одна із найважливіших елементів відкритої розробки. Раціональною є така висота уступу, за якої в цих умовах забезпечуються: безпека гірничих робіт, висока продуктивність обладнання, мінімальні обсяги допоміжних робіт, встановлені річні обсяги добових та розкривних робіт та мінімальні витрати на них.
Висота уступу безпосередньо впливає на ряд загальнокар'єрних показників: якість корисної копалини, що видобувається; швидкість руху фронту; темп поглиблення гірничих робіт та, отже, виробничу потужність кар'єру; термін будівництва кар'єру; обсяг гірничо-капітальних робіт; загальну протяжність фронту робіт, внутрішньокар'єрних шляхів та доріг; кут укосу робочих та неробочих бортів.
Раціональна висота уступів не може бути встановлена за будь-яким одним фактором; вона повинна вибиратися на основі визначення сукупного впливу всіх перерахованих вище факторів у конкретних природних умовах та з обов'язковим урахуванням можливостей розтину робочих горизонтів. Аналітичні методи визначення висоти уступу що неспроможні враховувати всієї сукупності цих чинників. Безпека ведення гірничих робіт є основною вимогою.
Під час розробки горизонтальних і пологих покладівпотужність покладів і покривають порід зазвичай визначає висоту і кількість уступів. При чергуванні горизонтальних і пологих пластів висоту уступу визначають залежно від потужності окремих пластів і шарів порожніх порід, що залягають між ними, з урахуванням забезпечення необхідної якості корисної копалини.
Стійкість укосів у м'яких породах має вирішальне значення. У таких породах, згідно з Правилами безпеки, висота уступу не повинна перевищувати максимальної висоти черпання екскаватора; в іншому випадку у верхнійчастини уступу залишаються «козирки», «нависи» і можливе обвалення порід.
При розробці похилих і крутопадаючих покладів,представлених переважно скельними і напівскельних породами, висота уступу визначається в основному показниками технологічних процесів, втрат і розбіжності корисних копалин, необхідної виробничою потужністю кар'єру та умовами розкриття робочих горизонтів. Витрати на підготовку скельних порід до виїмки та транспортування підірваних порід знижуються зі збільшенням висоти уступу. Мінімальні витрати на екскавацію підірваних порід відповідають висоті уступу 15-20 м.
У тих випадках, коли виїмка провадиться екскаваторами з подовженим робочим обладнанням з верхнім навантаженням, висота уступу повинна відповідати параметрам прохідницького обладнання (табл. 7).
При розробці складних родовищ втрати та розубоювання корисних копалин практично прямо пропорційні висоті видобуткового уступу. Тому доцільно за економічними умовами при роздільній виїмці корисних копалин, особливо при пологих покладах, приймати висоту видобуткових уступів не більше 10-12 м та застосовувати екскаватори кар'єрного типу з ємністю ковша 3-5 м 3 .
Швидкість проведення траншей приблизно обернено пропорційна висоті уступу. Від цієї швидкості залежить темп поглиблення гірничих робіт. Чим більша висота уступу, тим менша можлива виробнича потужність кар'єру з корисних копалин. Це становище особливо важливо у період роботи кар'єра.
Максимальна висота уступів у скельних та напівскельних породах при виїмці мехлопатами кар'єрного типу
| Екскаватор | Максимальна висота черпання екскаватора, м | Максимальна висота уступу |
| ЕКГ-2 | 8,5 | 12,5 |
| ЕКГ-3,2 | 14,5 | |
| ЕКГ-5 | 16,5 | |
| ЕКГ-8 | 12,5 | |
| ЕКГ-12,5 | 15,6 | 23,5 |
| ЕКГ-20 |
Максимальна висота уступу при виїмці мехлопатами з подовженим робочим обладнанням з верхнім навантаженням
| Екскаватор | Висота уступу (м) у породах | |
| м'яких * | напівскельних ** | скельних *** |
| ЕКГ-2у | ||
| ЕКГ-3,2у | 5,5 | |
| ЕКГ-4у | ||
| ЕКГ-3,6у |
* - кут стійкості укосу 34 0
Разом з тим необхідні обсяги розкривних робіт зменшуються із збільшенням висоти уступу внаслідок скорочення числа робочих уступів та збільшення кута укосу робочого борту кар'єру. При цьому зменшуються також необхідна швидкість і довжина видобуткового фронту. Тому при розробці покладів простої будови в середній зоні кар'єру (по глибині) іноді доцільно збільшення висоти уступу.
При відкритій розробці родовищ корисних копалин дуже важливо забезпечити стійкість уступів та не допускати їх деформацій протягом усього періоду будівництва та експлуатації кар'єру.
З багатьох факторів, від яких залежить стійкість укосів, визначальною єгрупа геологічних факторів(склад, стан, будова та властивості гірських порід). Вони визначають умови деформації масиву та вибір розрахункових схем стійкості укосів, характер протидеформаційних заходів та величини розрахункових показників.
Згрупи гідрогеологічних факторівосновним є вплив підземних вод, що змінюють властивості масиву (внаслідок вилуговування тріщинуватих карбонатних порід, набухання глинистих порід та ін.) та його напружений стан;під дією гідростатичних та гідродинамічних сил може відбуватися фільтраційне руйнування укосів (опливання та суфозія). Обводненість контактних зон та структурних порушень призводить до деформацій укосів (внаслідок зниження міцності порід па контактах) та раптового прориву вод.
Третю групу становлять технологічні чинники.
Необхідно враховувати, що параметри розкривних виробок, положення їх щодо контуру кар'єру та термін служби визначають інтенсивність розвитку в масиві реологічних процесів та вивітрювання порід, розвиток у масиві деформаційних процесів (підрізування контактів шарів або порушень та ін.). При високій швидкості подвигу фронту гірничих робіт у масиві не встигають розвиватися деформаційні та реологічні процеси, що дозволяє надавати укосам робочих уступів більш круті кути нахилу. Розміщення відвалів у виробленому просторі збільшує опір зусиллям зсувів прибортового масиву порід.
Борти кар'єрів можуть мати ділянки увігнутої, опуклої та прямолінійної форми в плані. Встановлено, що за інших рівних умов укоси, що мають у плані увігнуту форму, більш стійкі, ніж плоскі.
Вибухові роботи обумовлюють сейсмічний ефект, освіту та розвиток у прикосовому масиві уступу тріщинуватості та зон зниженої міцності, а також нестійкої поверхні самого укосу уступу. Для зниження шкідливого впливу вибухів під час постановки уступів у кінцеве положення необхідно: змінювати параметри буропідривних робіт; застосовувати (з урахуванням конкретної обстановки) короткосповільнене підривання свердловинних зарядів необхідного діаметра та контурне підривання, заряди з інертними осердями; розташовувати ряди свердловин під кутом 60-90 ° до контуру борту; застосовувати екрануючі вруби;використовувати штучне зміцнення уступів; вводити до розрахунків підвищений коефіцієнт запасу стійкості.
Розрізняють короткострокову і довгострокову стійкість укосів, якими повинні мати відповідно робочі та неробочі уступи. Коефіцієнт запасу стійкості робочих уступів ηу = 1,15-1,2, а неробочих в глинистих і тріщинуватих скельних і напівскельних породах ηу = 1,5-2.
При попередньому виборі кутів укосів робочих і неробочих уступів доцільно скористатися даними, наведеними у табл. 8. Для уточнення значень кутів, особливо при нестійких породах чи несприятливому заляганні поверхонь ослаблення, необхідно проводити натурні дослідження та розрахунки стійкості укосів.
Ширина призми (м) можливого обвалення уступу за відсутності поверхонь ослаблення може бути визначена залежно від кута укосу та міцності порід за формулою
де а - кут укосу уступу, градус; ρ – кут внутрішнього тертя.