CC BY
1397
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ КАРЬЕРА «ПУСТЫННОЕ»
Фарит Камалович Низаметдинов
Карагандинский государственный технический университет, Республика Казахстан, 100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, зав. кафедры маркшейдерского дела и геодезии, проф., доктор технических наук, тел. (7212) 56-26-27
Ольга Газисовна Бесимбаева
Карагандинский государственный технический университет, Республика Казахстан, 100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, кандидат технических наук, тел. (7212) 56-26-27
Алексей Александрович Нагибин
Карагандинский государственный технический университет, Республика Казахстан, 100027, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212) 56-26-27
В статье рассмотрены вопросы оценки устойчивости прибортовых массивов карьера с учетом геологической обстановки, обоснованности прочностных характеристик пород и различных стадий отработки.
Ключевые слова: оценка состояния устойчивости бортов карьера, расчетные схемы, круглоцилиндрическая поверхность скольжения, коэффициент запаса устойчивости.
CALCULATION OF STABILITY OF SLOPES OF “PUSTYNNOE” OPEN PIT WALLS
Farit K. Nizametdinov
Karaganda state technical university, Kazakhstan Republic, 100027, Karaganda, 56 Mira Blvd, director of “Mine survey and geodesy” department, prof., doctor of engineering, tel. 8(7212) 56-26-27, e-mail: niz36@mail.ru
Olga G. Besimbaeva
Karaganda state technical university, Kazakhstan Republic, 100027, Karaganda, 56 Mira Blvd, associate professor of “Mine survey and geodesy” department, cand.tech.sci., tel. (7212) 56-26-27
Alexey A. Nagibin
Karaganda state technical university, Kazakhstan Republic, 100027, Karaganda, 56 Mira Blvd, postgraduate student of “Mine survey and geodesy” department, tel. (7212) 41-11-88, e-mail: alex_e1@mail.ru
In the article the questions of estimation of stability of open pit walls taking into account geological conditions, validity of strength properties of rock and different stages of working-off are considered.
Key words: estimation of condition of stability of open pit walls, formulaic schemes, circular cylindrical surface of sliding, stability coefficient.
Золоторудное месторождение «Пустынное» расположено в Актогайском районе Карагандинской области в 120 км к востоку от г. Балхаш. В геологическом строении месторождения принимают участие отложения девонской и каменноугольной систем, приуроченные к локальному тектоническому блоку размером 400х600 м в ядре антиклинальной складки, ограниченной с юга Итмурундинским региональным разломом. Породами, слагающими массив являются: песчаник, туфо-песчаник, углистый песчаник, серпентинит, перидатит, углистый алевролит, известняки, туфы, туфо-песчаник, андезит и пилит.
Для оценки состояния устойчивости откосов уступов и бортов карьера на практике получили наибольшее распространение следующие способы расчета:
- Способ алгебраического сложения сил;
- Графоаналитический способ (ВНИМИ).
Когда в массиве горных пород нет поверхностей ослабления, падающих в сторону выемки или горизонтальных, применяется схема расчета, характеризующаяся тем, что в этом случае поверхность скольжения можно принимать круглоцилиндрической, а коэффициент запаса устойчивости определять методом алгебраического сложения удерживающих и сдвигающих сил по этой поверхности.
В развитие способа Г.Л. Фисенко с учётом применения современной вычислительной техники П.С. Шлаковым и др. [1] разработан численноаналитический способ расчёта, в котором в результате анализа различных вариантов, удовлетворяющих основным положениям теории предельного равновесия, может быть однозначно установлено местоположение поверхности скольжения в приоткосном массиве. Определённая универсальность этого способа позволила создать единую методику расчёта параметров предельного откоса или откоса с заданным коэффициентом запаса устойчивости численноаналитическим способом для широкого диапазона изменения горногеологических условий.
Для всего многообразия горно-геологических условий прибортового массива в результате проведённых в КарПТИ (ныне КарГТУ) исследований предложено восемь основных моделей приоткосного массива, каждая из которых представлена несколькими расчётными схемам.
Все элементы геомеханической модели находятся в тесной взаимосвязи друг с другом. С точки зрения системного подхода каждая подсистема (структурная модель, механическая модель и физико-механические свойства пород) должна быть рассмотрена с детальностью, обеспечивающей надёжную оценку поведения всей системы «геомеханическая модель массива», в которую она входит как составной элемент. В соответствии с этим детальное изучение одного или двух элементов (подсистем) при грубом рассмотрении остальных элементов создаёт лишь видимость математической точности решения задачи, не гарантируя высокой достоверности конечных результатов. Поэтому получение соответствующих результатов возможно на основе изучения всех элементов системы на одном уровне, соответствующем стадии освоения
месторождения и уровню научных достижений в исследуемой проблеме. По мере разработки месторождения увеличивается объём и качество исходной информации об объекте исследований (массиве горных пород), что способствует повышению уровня изученности как отдельных элементов (подсистем), так и систем в целом. Обобщенные схемы расчета устойчивости откосов приведены на рис. 1.
1.1
1.3- 1.4
IV. 1- ТУ.2
Рис. 1. Обобщенные схемы расчета устойчивости откосов для геомеханических
моделей
а
б
Методика расчетов устойчивости откосов в однородном массиве основана на принципе интегрирования сил по наиболее напряженной поверхности с применением ЭВМ; теоретические основы способа изложены в работе [1].
Основные принципы расчета устойчивости бортов в неоднородном массиве изложены ниже. Данная модель используется при расчете устойчивости бортов карьера произвольной формы в сложных горно-геологических условиях. Принципиальная схема расчета устойчивости откосов в неоднородных массивах для всех четырех расчетных схем заключается в следующем.
1. На геологическом разрезе, построенном вкрест простирания борта карьера, наносится проектный либо реальный контур борта карьера и уровень подземных вод.
2. Производится описание контактов пород между слоями, уровня грунтовых вод, поверхности скольжения и контура борта карьера по таблично заданным функциям путём локальной интерполяции полиномами малой степени или сплайнами.
Для этого выбирается система координат Х1У с началом координат в нижней бровке откоса. Ось Х при этом направляют вглубь массива, ось У -вертикально. На разрезе отмечают характерные (узловые) точки для каждого контура и контакта, одновременно указывается, какую интерполяцию
производить между узловыми точками - линейную или квадратичную. Нумерация контактов производится снизу вверх, а узловых точек в пределах контакта - по мере увеличения абсцисс узловых точек.
3. Приближенно строится поверхность скольжения (в дальнейшем её местоположение уточняется методом последовательных приближений), для которой определяются средние расчетные характеристики кср, tgpср и /ср.
Средние расчетные характеристики вычисляются как средневзвешенные. После этого вычисляется коэффициент устойчивости [2]. Определение коэффициента запаса устойчивости борта карьера произвольной формы в сложных горно-геологических условиях выполняется исходя из выражения
п = ксР = ^ГсР = кі = ^Рі . (1)
кср.пред.. ШРср .пред кі пред.. Ш .пред
Расчет выполняется по программе 8Р080833, составленной по выше приведенному алгоритму с учетом алгоритма программы 8РТК7У7 (однородный массив), в которой по таблично заданной функции (хь уі) в системе координат (Х1У) производится её описание «скользящим» интерполирующим многочленом Лагранжа (СИМЛ) (рис. 2).
Рис. 2. Разрез 2-6 с результатами расчета устойчивости
Оценка устойчивости откосов уступов и бортов карьера «Пустынный» осуществлялась на основе изучения информации о слагающих породах, наличии крупных нарушений, трещиноватости и слоистости, обоснованности прочностных характеристик пород и выборе соответствующей методики
расчета или расчетной схемы устойчивости откоса. Порядок расчета по оценке устойчивости прибортового массива заключался в следующем:
- Предварительная оценка прибортового массива с учетом крупных тектонических нарушений и выделение наиболее опасных участков.
- Расчет устойчивости бортов карьера по выбранным расчетным схемам устойчивости откосов.
Результаты расчетов устойчивости бортов карьера «Пустынный» по восьми разрезам приведены в табл. 1.
Таблица 1. Результаты расчетов устойчивости бортов карьера «Пустынный»
Разрезборт Усредненные значения пород Высота борта Н, м Ген. угол наклона борта, град. Высота верт. отрыва Н90, м Ширина бермы Б, м Коэф. устойч. борта пу
У, т/м3 к, мПа р, град.
1-5 северо -восток 2,67 0,61 27,77 273,1 43,31 47,6 70,19 1,38
1-5 юго - запад 2,66 0,62 22,31 256,8 40,56 48,42 76,25 1,31
2-6 юго -восток 2,67 0,6 25,74 258,6 44,65 47,5 74,38 1,35
2-6 северо-запад 2,67 0,56 25,38 290,7 41,82 47,92 75,71 1,26
3-7 восток 2,67 0,64 27,8 273,9 45,32 50,58 71,02 1,38
3-7 запад 2,68 0,61 22,48 239,9 44,48 49 71,05 1,28
4-8 восток 2,67 0,58 27,85 282,1 35,98 42,58 63,02 1,46
4-8 запад 2,66 0,61 23,15 259,3 44,17 51,41 72,23 1,25
Выполнена оценка устойчивости бортов карьера «Пустынный» [3] по 8 выделенным разрезам с учетом геологической обстановки и проектного контура. При этом оценка устойчивости бортов осуществлялась с учетом различных стадий отработки карьера (верхней, средней и нижней частей карьера по высоте). Анализ полученных результатов расчетов показывает, что коэффициенты устойчивости бортов колеблются от 1,25 до 1,46. Согласно нормативным документам, при сроке службы карьера более 5 лет, коэффициент устойчивости должен быть не менее 1,30. Срок службы карьера «Пустынный» составляет 12 лет, поэтому запроектированный контур карьера будет достаточно устойчив.
1. Шпаков П.С., Темирханов К.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б. Автоматизация методов расчета устойчивости карьерных откосов //Маркшейдерия и недропользование. -М., 2006. - №1. - С.47-49.
2. Попов И.И., Окатов Р. П., Низаметдинов Ф.К. Механика скальных массивов и устойчивость карьерных откосов. - Алма-Аты: Наука, 1986, 256 с.
3. ОТЧЕТ о научно-исследовательской работе «Обоснование параметров устойчивых бортов карьера месторождения «Пустынное» на основе инженерно-геологических данных». НИЛ «Маркшейдерия, геомеханика и геометризация недр». КарГТУ, г. Караганда, 2012.
© Ф.К. Низаметдинов, О.Г. Бесимбаева, А.А. Нагибин, 2012
