CC BY
14
УДК 622.271.333.1
DOI: 10.46689/2218-5194-2021-3-1-135-146
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТКОСОВ БОРТОВ С УЧЕТОМ РЕКОНСТРУКЦИИ КАРЬЕРА СВЕТЛИНСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
С.Е. Гавришев, В.Ю. Заляднов
Обоснованы устойчивые параметры откосов карьера с учетом новой проектной глубины разработки Светлинского месторождения. Приведено описание горнотехнических условий разработки месторождения. Представлены результаты расчетов, показывающие необходимость снижения предварительно принятых значений углов откосов карьера в заданных условиях его реконструкции.
Ключевые слова: карьер, глубина, параметры откоса, устойчивость.
На Светлинском золоторудном месторождении предприятия АО «Южуралзолото Группа Компаний» производится технико-экономическое обоснование постоянных разведочных кондиций с пересчетом запасов для условий открытой разработки применительно к современным рыночным условиям. В результате конечные контуры карьера могут быть увеличены. Глубина карьера по действующему проекту составляет 312 м, проектная глубина исследуемого карьера - 595 м. Также ведутся исследования перехода на комбинированную геотехнологию [1]. Изменение проектных контуров карьера обуславливает необходимость обоснования устойчивых параметров откосов бортов и отвалов в их конечном положении. Особенно актуально обоснование устойчивых параметров для северовосточной части Светлинского карьера, которая характеризуется наименее благоприятными горнотехническими и горно-геологическими условиями и расположением на поверхности борта отвала вскрышных пород.
Светлинское золоторудное месторождение расположено в Челябинской области на территории, подчиненной городу Пласт, в 30 км от него, на северной окраине поселка Светлый.
Месторождение представлено золотосодержащими кварцевыми рудами с убогим содержанием сульфидов; по степени окисленности руды месторождения подразделяются на коренные метасоматиты (скальные породы) и продукты их выветривания (рыхлые породы). Вмещающие породы представлены кварцем, биотитом, хлоритом, серицитом, каолинитом, полевым шпатом, кальцитом; рудными минералами являются пирит, пирротин, магнетит, сидерит, гидроокислы железа; оруденение носит прожилко-во-вкрапленный, гнездовой характер; распределение золота неравномерное.
К настоящему времени на участке недр Светлинского месторождения сформированы: открытая горная выработка (карьер) с абсолютной отметкой дна плюс 140 метров, отвал вскрышных пород, буферные склады
руды, отстойник рудничных вод, технологические автодороги. План современного состояния карьера представлен на рис. 1. Современное положение карьера характеризуется наличием участков, на восточном и северовосточном бортах, имеющих локальные деформационные нарушения в виде оползней, обрушений и осыпей. При этом принятые проектом параметры системы разработки и технология не нарушены. За данными участками ведется индивидуальное систематическое инструментальное наблюдение.
со
СП
ю
Рис. 1. План современного состояния Светлинского карьера (глубина до 240 м, отм. дна гор. +140 м)
По проекту система разработки месторождения - углубочная кольцевая транспортная с доставкой пород вскрыши автосамосвалами во внешние отвалы, руды - на перегрузочный пункт. Подготовка скальных пород и руды к выемке осуществляется с применением буровзрывных работ. Принятые на карьере параметры системы разработки представлены в табл. 1.
Таблица 1
Параметры элементов системы разработки
№ Наименование параметров Ед. изм. Значения
1 Высота рабочих уступов:
- по вскрыше; - по добыче; м 10 10
2 Высота уступа в погашении:
- по рыхлым породам; м 10
- по мраморам; 20
- по скальным породам до 30
3 Рабочий угол уступа:
- по рыхлым породам; град до 60
- по скальным породам град до 70
4 Угол уступа в погашении:
- по рыхлым породам; град до 30
- по мраморам; град до 40
- по скальным породам град до 65
6 Ширина бермы безопасности м 10
Действующим техническим проектом доработки Светлинского месторождения конечные контуры карьера определены до глубины 312 м. Параметры карьера по действующему проекту представлены в табл. 2.
Таблица 2
Параметры карьера на конец отработки по действующему проекту
2017 года
Параметры карьера Ед. изм. Значения
Абсолютная отметка дна м + 50
Глубина м 312
Длина дна м 420
Ширина дна м От 94 до 220
Площадь дна 2 м 68050
Длина по поверхности м 1560
Ширина по поверхности м 1515
Площадь по поверхности 2 м 1 543 295
Ширина предохранительной бермы по горизонтам м Не менее 10
Угол откоса борта карьера в предельном положении град До 48
План карьера на конец отработки с внешним отвалом по проекту 2017 года представлен на рис. 2.
С целью развития предприятия и снижения рисков, связанных с перспективой освоения недр Светлинского месторождения, проведен ряд исследований. Изучены геологическая и маркшейдерская документация, планы современного и перспективного состояния карьера и отвалов месторождения. Проведен анализ ранее выполненных научно-исследовательских работ по оценке геомеханического состояния бортов карьера Светлинского месторождения. Выявлено, что приоткосный массив периферийной части проектного карьера, а также карьера в перспективных контурах является мало изученным с точки зрения геологического строения и его напряженно-деформированного состояния [2 - 4].
Светлинское месторождение характеризуется тем, что находится в зоне повышенной трещиноватости. Системы трещин по сланцеватости ме-таморфизованной вулканогенно-терригенной толщи имеют преимущественно западное - северо-западное падение. Верхняя толща слабых рыхлых пород достигает 156 м преимущественно в северо-восточной части карьера. Эти факторы, а также наличие деформационных явлений в действующем карьере являются неблагоприятными относительно устойчивости откосов северного и восточного бортов в проектных контурах [5 - 7].
Рис. 2. План карьера на конец отработки по проекту 2017 года (глубина 312 м, отм. дна гор. +50 м)
В настоящее время предприятием проводится технико-экономическое обоснование постоянных разведочных кондиций Светлин-ского месторождения с пересчетом запасов для условий открытой разработки. Рассматривается возможность увеличения конечных контуров карь-
ера. В результате этой работы предварительно построен карьер глубиной 595 м (предпроектный карьер) с параметрами откосов бортов, обеспечивающих минимальный объем горной массы при допустимых углах откосов уступов, допустимой ширине предохранительных и транспортных берм. Изменение проектной глубины отработки месторождения в современных горнотехнических условиях обусловливает необходимость геомеханического обоснования устойчивых параметров откосов бортов и отвалов в их конечном положении [8, 9].
Параметры карьера на конец отработки в перспективных (предпро-ектных) контурах представлены в табл. 3.
Таблица 3
Параметры карьера на конец отработки в перспективных (предпроектных) контурах
Наименование параметров Ед. изм. Значение параметров
Абсолютная отметка дна карьера м -233,0
Длина карьера:
- по поверхности; м 1855
- по дну м 85
Ширина карьера:
- по поверхности; м 1485
- по дну м 45
Глубина карьера м 595,0
Геологические запасы руды, всего тыс. т 47052,4
- рыхлые; тыс. т 14802,7
- скальные тыс. т 32249,7
Объем пустых пород, тыс. м3 300909,5
в том числе: тыс. м3
- рыхлые; 100303,2
- скальные тыс. м3 200606,3
Объем горной массы тыс. м3 322962,0
Средний коэффициент вскрыши м3/т 5,91
Высота уступов при погашении:
- рыхлые породы; м 10
- мрамора; м 20
- скальные породы м 20, 30 и 38
Углы погашенных уступов:
- рыхлые породы; - мрамора; град 45 50, 60
- скальные породы 60
Ширина транспортной бермы м 32,5 и 29,5
Продольный уклон автодорог % 80, 100
Ширина предохранительной бермы м 10,0
Таблица 4
Параметры бортов карьера в перспективных (предпроектных)
контурах
Геологический профиль (линия) Отметки горизонта Высота борта, м Общий угол наклона, град.
Северный борт
Линия 59800 -233 - 165 398 32
165 - 385 220 22
Южный бо рт
Линия 59800 -233 - 352 585 38
Западный борт
Линия 13 -233 - 373 606 43
Восточный борт
Линия 13 -233 - 352,4 585,4 35
При отработке карьера в перспективных контурах до глубины 595 м по отвалообразованию предусматриваются следующие предварительные проектные решения. Внешний бульдозерный отвал вскрышных пород формируется вдоль северо-восточного борта карьера. Отвал выполняется многоярусным с абсолютной отметкой верхнего яруса 465 м. Высота яруса не превышает 20 м, угол устойчивого откоса яруса - 30°. Ширина берм между ярусами принимается не менее 30 м. Общая высота внешнего бульдозерного отвала составляет от 80 до 105 м. Занимаемая площадь 550 га. План карьера на конец отработки в перспективных контурах (на глубину 595 м) с частью внешнего отвала представлен на рис. 3.
Для математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива, графических и аналитических расчетов устойчивости приоткосного массива выделены следующие основные участки исследуемого месторождения: северный, восточный и северовосточный борта карьера в перспективных его контурах. Намечен ряд соответствующих линий разрезов, ориентированых в крест простирания откосов исследуемых бортов карьера. На расчетные разрезы были вынесены перспективный (предпроектный) контур карьера с учетом отработки запасов до отметки горизонта - 233 м и геологическое строение прибортового массива.
Для геомеханических расчетов устойчивости бортов проектируемого карьера в слагающем их массиве выделены следующие комплексы пород:
- покровные глинистые породы (палеоген-неоген-четвертичные отложения);
- кора выветривания скальных пород;
- скальные трещиноватые породы;
- скальные слаботрещиноватые породы;
- полускальные породы: мрамор и мраморизованные известняки. Исходные физико-механические характеристики пород и руд, слагающих прибортовой массив, принятые для расчетов, представлены в табл. 5.
Рис. 3. План карьера в перспективных (предпроектных) контурах (глубина 595 м, отм. дна гор. -233 м)
Таблица 5
Сводная таблица физико-механических свойств комплексов пород по имеющимся данным их лабораторных исследований (в образце)
Комплексы пород у, т/м3 Осж, т/м Ф,град Со, т/м2
Глинистые покровные отложения 2,03 - 16,0 4,8
Породы коры выветривания 2,05 - 21,8 3,6
Скальные породы: 2,87 14670 32 4066
а) трещиноватые 2,87 14670 32 4066
б) слаботрещиноватые 2,87 14670 32 4066
Мрамор 2,70 6700 30 1934
Расчет устойчивости откосов бортов карьера проведен с помощью программы для ЭВМ «Автоматизированный расчёт параметров устойчивости откосов горнотехнических сооружений» Slope версия 1,0 (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №20116113970 от 23 мая 2011 г.). В программе Slope, реализующей схему ВНИМИ, нахождение минимального коэффициента запаса устойчивости производится путём подбора наименее устойчивой поверхности скольжения изучаемого массива в результате многократных расчетов [10 - 13, 15]. Результаты расчетов коэффициентов запаса устойчивости по характерным профильным разрезам представлены в табл. 6. Профильный разрез по линии 2 с наиболее вероятными линиями скольжения представлены на рис. 4.
Таблица 6
Результаты расчетов коэффициента запаса устойчивости по различным профильным разрезам предпроектного карьера
с глубиной 595 м
Профильные линии Отметки горизонтов исследуемых участков профиля борта, м Высота изучаемого участка профиля борта Н, м Угол откоса изучаемого участка профиля борта а, град Кзу
13-13 (восточный борт) 337,4 - (-233) 570 36 1,04
280 - (-61) 341 42 1,02
1-1 (северо-восточный борт) 367 - (-233) 600 32 1,15
465 - 385 (отвал) 80 20 1,2
343 - (-15) 358 34 1,2
465 - (-233)* 698 28 1,26
2-2 (северовосточный борт) 367,3 - (-233) 600 30 1,26
465 - 385 (отвал) 80 22 1,09
367 - 238 129 29 0,93
205 - 79 126 46 1,59
205 - (-233) 438 33 1,25
465 - (-233)* 698 25 1,43
59800.00 (северный борт) 385 - (-233) 611 30 1,25
465-385 (отвал) 80 22 1,09
385 - 165 220 44 0,55
165 - (-233) 392 33 1,28
465 - (-233)* 698 26 1,36
13-13 (западный борт) 373 - (-233) 616 44 1,03
162 - (-233) 395 47 1,12
373 - 153 220 43 1,56
59800.00 (южный борт) 352 - (-233) 585 40 1,09
352 - 145 207 39 1,6
145 - (-233) 375 46 1,11
Оценка устойчивости откосов бортов по различным профильным разрезам предпроектного карьера с глубиной 595 м показала, что предварительно выбранные его параметры не соответствуют имеющимся прочностным характеристикам приоткосного массива. Расчетные значения коэффициента запаса устойчивости (Кзу) для бортов предпроектного карьера на всю высоту откоса составили: для восточного борта - 1,04; для северовосточного борта - 1,15... 1,26; для северного борта - 1,25; для западного -1,03; для южного 1,09. Также следует отметить, что низким значением Кзу характеризуются некоторые локальные участки приоткосного массива предпроектного карьера.
По условию безопасности ведения горных работ значение коэффициента запаса устойчивости для откосов бортов карьера должно составлять Кзу = 1,3 - 1,5. Таким образом, на основе проведенных расчетов и полученных результатов рекомендовано изменение параметров предпроектных контуров карьера и отвалов Светлинского месторождения, используемых для технико-экономического обоснования кондиций.
Рис. 4. Профильный разрез по линии 2 с наиболее вероятными линиями скольжения (северо-восточный борт)
Результаты расчета устойчивых параметров откоса бортов на всю глубину проектируемого карьера показывают, что средний угол откоса для северного, восточного и северо-восточного бортов не должен превышать 28.29°, для южного и западного бортов средний угол откоса не должен превышать 33.34°. При этом некоторые локальные участки бортов, формируемые в скальных породах нижних горизонтов карьера, могут иметь значения углов откосов больше расчетного среднего. Для участков северного, восточного и северо-восточного бортов на высоте до 438 м (от дна карьера в скальных породах) значения результирующего угла устойчивого откоса могут составлять 30.32°. Для южного и западного бортов на высо-
те до 395 м (от дна карьера в скальных породах) значения результирующего угла устойчивого откоса моут составлять 38...40°. На участках бортов проектируемого карьера, формируемых в рыхлых породах на высоту 129 -156 м, значение угла устойчивого откоса не должно превышать 20 градусов. С учетом использования карьера в качестве вскрывающей выработки для подземного рудника представленные параметры подлежат дальнейшему пересмотру.
В целом для бортов проектируемого карьера рекомендуется формирование выпуклого профиля.
Список литературы
1. Обоснование развития логистической системы Светлинского карьера с учетом перспектив перехода на комбинированную геотехнологию / М.В. Рыльникова, К.И. Струков, Р.В. Бергер, Е.Н. Есина // Горная промышленность. 2019. № 6 (148). С. 106-111.
2. End-wall Slope Stability Analysis of Surface Coal Mine under the Combined Open-pit Mining with Underground Mining / H. Peng, Qingxiang Cai, Li Ma, Wenliang Tang // EJGE. 2014. Vol. 19. Bund. А. P. 185-194.
3. Argimbaev K.R. Simulation of rock mass stress-strain behavior using the method of equivalent materials during ore deposit open-pit mining // Research Journal of Applied Sciences. 2016. Т. 11. № 9. P. 894-899.
4. Assessment and prediction of slope stability in the kentobe open pit mine / O.G. Besimbaeva, E.N. Khmyrova, F.K. Nizametdinov, E.A. Oleinikova // Journal of Mining Science. 2018. Т. 54. № 6. P. 988-994.
5. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Комбинированная разработка рудных месторождений. М.: Горная книга, 2012. 344 с.
6. Cheskidov V.V., Lipina A.V., Melnichenko I.A. Integrated monitoring of engineering structures in mining // Eurasian Mining. 2018. № 2. P. 18-21.
7. Ozhigin S., Ozhigina S., Ozhigin D. Method of computing open pit slopes stability of complicated-structure deposits // Inzynieria Mineralna. 2018. Т. 2018. № 1 (41). С. 203-208.
8. Обоснование устойчивых параметров бортов карьера Камаган-ского месторождения с учетом трещиноватости прибортового массива пород / О.С. Колесатова [и др.] // Маркшейдерский вестник. 2017. № 6 (121). С. 49-54.
9. Геомеханическое обеспечение устойчивости бортов карьера при увеличении глубины отработки / Б.С. Мухаметкалиев, Е.С. Калюжный, С.А. Съедина, Н.К. Абдибеков // Горный журнал. 2018. № 4. С. 27-32.
10. Gavrishev S.E., Zoteev O.V., Zalyadnov V.Yu. Slope stability assessment, considering underground mining of ore reserves in open pit walls and floor at Sibay deposit // Gornyi Zhurnal. 2016. №5. Р. 53-58.
11. Автоматизированный расчет устойчивости откосов бортов карь-
еров / И.Т. Мельников [и др.] // Вестник Магнитогорского государственного государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2013. №2 (42). С. 8-12.
12. Рыльникова М.В., Зотеев О.В., Никифорова И.Л. Развитие нормативной базы в области обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и отвалов // Горная промышленность. 2018. № 3 (139). С. 95.
13. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов», утвержденные Приказом Ростехнадзора от 13.11.2020. № 439.
14. Струков К.И., Бергер Р.В., Рыльникова М.В. Концепция стратегии освоения золоторудных месторождений южного Урала инновационными геотехнологиями // Горная промышленность. 2019. № 3 (145). С. 2124.
Гавришев Сергей Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ormpi-cg@mail.ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
Заляднов Вадим Юрьевич, канд. техн. наук, доц., zalyadnov@mail.ru,_Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова,
JUSTIFICA TION OF SIDE SLOPE PARAMETERS TAKING INTO ACCOUNT THE RE-CONSTRUCTION OF THE SVETLINSKYPIT GOLD ORE DEPOSIT
V.Yu. Zalyadnov, S.E. Gavrishev
Stable parameters of open pit slopes have been substantiated taking into account the new design depth of development of the Svetlinskoye field. The description of the mining technical conditions for the development of the deposit is given. The results of calculations are presented, showing the need to reduce the previously accepted values of the slope angles of the open pit in the given conditions of its re-construction.
Key words: quarry, depth, slope parameters, stability.
Gavrishev Sergey Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, ormpi-cg@mail.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Mining University,
Zalyadnov Vadim Yurevich, candidate of engineering sciences, docent, zalyad-nov@mail.ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Mining University
Reference
1. Substantiation of the development of the logistics system of the Svetlinsky quarry, taking into account the prospects of transition to combined geotechnology / M. V. Rylnikova, K. I. Strukov, R. V. Berger, E. N. Esina / / Mining industry. 2019. № 6 (148). S. 106-111.
2. End-wall Slope Stability Analysis of Surface Coal Mine under the Combined Open-pit Mining with Underground Mining / H. Peng, Qingxiang Cai, Li Ma, Tang Wenliang // EJGE. 2014. Vol. 19. Bund. A. P. 185-194.
3. Argimbaev K.R. Simulation of rock mass stress-strain behavior using the method of equivalent materials during ore deposit open-pit mining // Re-search Journal of Applied Sciences. 2016. Vol. 11. No. 9. P. 894-899.
4. Assessment and prediction of slope stability in the kentobe open pit mine / O. G. Besimbaeva, E. N. Khmyrova, F. K. Nizametdinov, E. A. Oleinikova // Journal of Mining Science. 2018. Vol. 54. No. 6. P. 988-994.
5. Kaplunov D. R., Rylnikova M. V. Combined development of ore deposits. Moscow: Gornaya kniga. 2012. 344 p.
6. Cheskidov V.V., Lipina A.V., Melnichenko I.A. Integrated monitor-ing of engineering structures in mining // Eurasian Mining. 2018. No. 2. P. 18-21.
7. Ozhigin S., S. Ozhigina, Ozhigin D. Method of computing the open pit slopes stability of complicated-structure deposits // Inzynieria mineralna is. 2018. T. 2018. No. 1 (41). P. 203-208.
8. Rationale for the stable parameters of the pit Kamagan-tion of the field, including fracture priborovo of rocks / O. S. Kolesarova [et al.] // Bulletin of Surveying. 2017. No. 6 (121). pp. 49-54.
9. Geomechanical ensuring the stability of the sides of the quarry with an increase in the depth of mining / B. S. Mukhametkaliev, E. S. Kalyuzhny, S. A. Sedina, N. K. Abdibekov // Mining Journal. 2018. No. 4. pp. 27-32.
10. Gavrishev S. E., Zoteev O. V., Zalyadnov V. Yu. Slope stability as-session, considering underground mining of ore reserves in open pit walls and floor at Sibay deposit // Gornyi Zhurnal,. 2016. No. 5. pp. 53-58.
11. Automated calculation of the stability of the slopes of the sides of quarries / I. T. Melnikov [et al.] // Bulletin of the Magnitogorsk State State Technical University named after G. I. Nosov. 2013. No. 2 (42). pp. 8-12.
12. Rylnikova M. V., Zoteev O. V., Nikiforova I. L. Development of the regulatory framework in the field of ensuring the stability of sides and ledges of quarries, sections and dumps // Mining industry. 2018. No. 3 (139). p. 95.
13. Federal norms and regulations in the field of industrial security "Rules of the sus-tainability Board and bench, cuts and slopes of the dumps", approved by Order of Ros-tekhnadzor from 13.11.2020. No. 439.
14. Strukov K. I., Berger, B. R., Ryl'nikova M. V. the Concept of strategy of development of gold deposits of the southern Urals innovative geotechnologies // Mining industry. 2019. No. 3 (145). pp. 21-24.
