CC BY
80
УДК 622.271.45
Б.А. Храмцов, канд. техн. наук, проф., (4722) 30-11-61, khramtsov@b su.edu.ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»), А.А. Ростовцева, канд. техн. наук, ст. преп., (4722) 30-11-61, ro stovtseva@b su.edu.ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»), О.А. Рыбка, асп., 8 (4722) 301161, oksana rybka@mail.ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»),
Абдул Батен Абдул Захир, канд. техн. наук, проф. (4722) 30-11-61 khramtsov@bsu.edu.ru
(Дания, Копенгаген, Датский технический университет)
О ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШИРИНЫ ПРИЗМЫ ВОЗМОЖНОГО ОБРУШЕНИЯ ОТКОСОВ
Проведен анализ влияния точности определения коэффициента запаса устойчивости откоса на погрешность вычисления ширины призмы возможного обрушения с помощью аналитического метода выбора безопасных параметров откосов с использование программы OtkosKRUG.
Ключевые слова: коэффициент запаса устойчивости, ширина призмы возможного обрушения, точность расчета, погрешность расчета.
В настоящее время добыча железной руды открытым способом в регионе КМА за последние 10 лет возросла в 2 раза, что привело к увеличению объемов вскрыши и отвалообразования. Применение современного горно-транспортного оборудования позволяет вести разработку карьеров высокими темпами до глубины 600 м. В этих условиях большое значение приобретают вопросы управления геомеханическим состоянием уступов, бортов карьеров и ярусов отвалов. Увеличение глубины карьеров и суммарной площади обнаженных откосов повышает вероятность их деформирования. В приоткосных массивах горных пород пропорционально увеличению глубины карьеров и высоты отвалов возрастают напряжения, концентрация которых отрицательно сказывается на устойчивости откосов. На устойчивость откосов уступов, бортов карьеров и ярусов отвалов будет оказывать влияние использование горного оборудования увеличенной мощности, а также возрастающие элементы систем разработки (высота уступов и отвалов, темп углубления горных работ, ширина заходки, скорость подвигания рабочего фронта).
По данным А.И. Ильина, ежегодно на железорудных карьерах России и стран СНГ происходит около 100 нарушений устойчивости откосов. Среди случаев нарушения устойчивости откосов на железорудных карьерах оползни составляют 42,7 %, обрушения - 20,6 %, осыпи - 14,7 %, оп-лывины и просадки - по 10 %. При этом 75 % деформаций откосов происходит в слабых песчано-глинистых породах, 25 % — в скальных и полускальных выветрелых и трещиноватых породах. На устойчивость от-
косов наибольшее влияние оказывают подземные и поверхностные воды -49,8 %, недостаточная геологическая изученность и, как следствие, неверно выбранные параметры откосов - 15,4 %, отсутствие заоткоски уступов -10 %, отклонение от проектных параметров - 8%, процессы выветривания и климатические условия - 7,7 %, прочие причины — 3,8 %.
В настоящее время в России анализ оползневых процессов не проводится, несмотря на то, что нарушения устойчивости отрытых горных выработок и отвалов приводят к мощным оползням (табл. 1) из-за ненадежности расчетного или экспериментального обоснования безопасных параметров откосов уступов, бортов карьеров и ярусов отвалов.
Таблица 1
Нарушения устойчивости бортов карьеров и отвалов
№ п/п Местоположение оползня Объем, млн м3 Год
1 Борт карьера №3 Прикаспийского ГМК, СССР 120,0... 140,0 1985
2 Внешний отвал, Ингулецкий ГОК, Украина 20,0 1988
3 Внешний отвал Норильского ГМК, Россия 60,0 1992
4 Внешний отвал №7 ОАО «Михайловский ГОК», Россия 20,0 1997
5 Нерабочий борт разреза «Лучегорский-2», Россия 1,5 2000
6 Восточный борт карьера ОАО «Михайловский ГОК», Россия 0,65 2003
7 Внутренний отвал разреза «Павловский-2», Россия 1,7 2003
8 Борт буроугольного разреза «Уртуйский», Россия 1,0 2004
9 Внутренний отвал разреза «Северная депрессия», Россия 3,0 2005
Для обеспечения безопасности ведения горных работ при формировании откосов уступов, бортов карьеров и ярусов отвалов необходимо надежно оценивать их устойчивость. Одним из критериев безопасности ведения горных работ при формировании уступов бортов карьеров и ярусов отвалов является коэффициент запаса устойчивости, который, исходя из времени стояния откосов, регламентируется нормативными документами [1]. В действующих нормативных документах отсутствует обоснование точности определения коэффициента запаса устойчивости, а приводится лишь его нормативное значение для определения безопасных параметров откосов с учетом времени их стояния.
Разработанные в НИУ «БелГУ» методы расчета коэффициента запаса устойчивости при круглоцилиндрической и логарифмической поверхностях скольжения для трех схем оползней (надподошвенный, подошвенный и подподошвенный), реализованные в виде программ для ЭВМ [2, 3], позволили произвести оценку влияния точности определения коэффициента запаса устойчивости на погрешность расчеиа ширины призмы воз-
можного обрушения. При этом влияние погрешностей исходных данных (угла внутреннего трения (р, сцепления с, плотности пород р) в расчетах не учитывалось.
Результаты расчетов условной ширины призмы возможного обрушения В' и положение поверхности скольжения (ПС) для условной высоты откоса //'=30, угла наклона откоса а=32,34°, сложенного горными породами с углом внутреннего трения ср= 20° при коэффициенте запаса устойчивости (КЗУ) п=1,0 и приведены в табл. 2 и на рис. 1 и 2.
Таблица 2
Расчет условной ширины призмы возможного обрушения
№ Точность опре- Условная ширина Условная ши- Погрешность расчета
п/п деления КЗУ, призмы возможного рина зоны АВ' условной ширины
тп обрушения при призмы возможного
В тт В тах обрушения, В',%
1 кг1 6,02 9,04 3,02 19,8
2 0,5-Ю"1 6,37 8,86 2,49 16,3
3 т2 6,75 8,48 1,73 11,3
4 10"' 7,12 8,11 0,99 6,5
5 10"8 7,63465 7,63765 0,003 0,02
Расчет осуществлялся по программе СКкшКп^ при круглоцилинд-рической поверхности скольжения для подошвенного оползня.
В настоящее время существует представление о том, что в приот-косном массиве можно выделить зону, в которой коэффициент запаса устойчивости имеет постоянное значение, т.е. п=сот1 для данного нормативного коэффициента запаса устойчивости не оговаривая при этом точность вычисления данного коэффициента запаса устойчивости. Анализ результатов расчетов, представленных в табл. 2 и на рис. 1, 2, позволяет сделать вывод о том, что при точности расчета коэффициента запаса устойчивости тп=± 10"1 погрешность определения ширины призмы возмож-
о
ного обрушения тв■ =± 19,8 % и лишь при тп=± 10" тв■ ~0, при которой В =7,63.
Для определения фактического значения условной ширины призмы возможного обрушения 5-7,63 необходима точность вычисления коэф-
о
фициента запаса устойчивости тп=± 10" . Такую точность вычисления можно получить с использованием аналитических методов расчета, реализованных в виде программы для ЭВМ. Графоаналитические, а тем более графические методы дают погрешность расчета коэффициента запаса устойчивости с точностью от 5 до 10 %, что приводит на практике к ошибкам в определении ширины призмы возможного обрушения от 16,3 до 19,8 %.
от погрешности определения коэффициента запаса устойчивости:
1-ПСпри т=± 10'1; 2-ПСпри т„=± 10'2; 3 - ПС при т=± КГ3;.....-ПС при т=± 10 8
Точность расчета КЗУ, пъ (%)
Рис. 2. График зависимости погрешности расчета ширины призмы возможного обрушения от точности расчета коэффициента запаса
устойчивости
Ширина призмы возможного обрушения является одним из основных параметров, определяющих размеры рабочих площадок, в пределах которой запрещается находиться людям.
Выбор необоснованных параметров ширины призмы возможного обрушения может привести к тому, что в опасной зоне будут осуществляться горные работы, при проведении которых появятся дополнительные нагрузки, влияющие на устойчивое состояние откоса (вес горнотранспортного оборудования, динамические нагрузки от вибрации и т.д.).
Всё это может привести к снижению коэффициента запаса устойчивости и, как следствие, к аварийной ситуации.
Проведенное исследование свидетельствует о том, что при расчете безопасных параметров откосов следует использовать только лишь аналитические методы расчета.
Список литературы
1. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. Л.: ВНИМИ, 1972. 164 с.
2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008615512 Otkos1. Расчет безопасных параметров откосов.
3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009616344 Otkos.log!.
B.A. Khramtsov, Abdul Baten Abdul Zahir A.A. Rostovtseva, O.A. Rybka ABOUT ACCURACY OF THE DETERMINING PRISM WIDTH OF POSSIBLE CRUSHING ESCARPMENT
Analysis of influencing accuracy determining slope stability safety factor to error of calculating prism width of possible crushing escarpment was realized. It was made with using analytical method of choosing safety parameters slopes and the program OtkosKRUG.
Key words: slope stability safety factor, width of the prism, possible crushing, accuracy of the calculation, inaccuracy of the calculation.
Получено 12.11.12
