CC BY
32
УДК 624.131.3 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-567-582
РАЗВИТИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОГО ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Е.Б. Яницкий
Развиты методические положения и раскрыты особенности применения «Руководства по инженерно-геологическому, гидрогеологическому изучению и районированию массивов горных пород для обоснования устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов», являющегося научно-методическим сопровождением ФНП «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов», утвержденных приказом Ростехнадзора № 439 от 13.11.2020 г. Отмечено, что процесс инженерно-геологического и гидрогеологического изучения условий массивов горных пород должен выполняться на всех стадиях освоения месторождений, что повышает достоверность геомеханических расчетов и дает возможность принять управленческие решения с минимальными геомеханическими рисками. Приведены базовые составляющие геомеханической модели, требуемый объем инженерно-геологических скважин на различных стадиях разведки, рекомендованы виды районирования массива горных пород с учетом поставленных задач по обеспечению устойчивости откосов, дана классификация месторождений по сложности строения, рекомендованы методы бурения скважин, приведены рекомендации по расположению, а также определены условия, при которых могут быть использованы архивные данные.
Ключевые слова: инженерно-геологические и гидрогеологические условия, геомеханическая модель, районирование массивов горных пород, сложность условий, документация обнажений и керна.
Автор выражает благодарность М.В. Рыльниковой, Е.Н. Есиной (ИПКОН РАН, г. Москва), О.В. Зотееву (ИГД РАН, г. Екатеринбург), А.А. Павловичу (СПбГУ, г. Санкт-Петербург), А.Б. Макарову, И.С. Ливин-скому, В.И. Спирину (SRK Consulting (Russia), г. Москва), А.И. Перепели-цыну (независимый консультант, г. Москва) за совместную работу по подготовке «Руководства по инженерно-геологическому, гидрогеологическому изучению и районированию массивов горных пород для обоснования устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов».
Введение
Действующими нормативными документами [1] предусмотрена необходимость выполнения комплекса инженерно-геологических и гидрогеологических исследований массивов горных пород, территорий планируемого размещения породных отвалов, основная цель которых заключается в получении необходимых и достаточных сведений для обоснования проектных параметров уступов и бортов карьеров, разрезов и откосов отвалов при разработке проекта освоения месторождений полезных ископаемых с
учетом требований безопасности ведения открытых горных работ и природоохранного законодательства.
Вместе с тем, проводимые на месторождении инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания зачастую не связаны с геомеханическими задачами, носят, как правило, формальный характер и выполняются в соответствии с требованиями строительных сводов правил (СП, например, [2, 3]). Такой подход к изучению инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений безусловно порождает дополнительные геомеханические риски [4, 5] и может потребовать впоследствии разработки и реализации дорогостоящих мероприятий, направленных на обеспечение устойчивости конструктивных элементов уступов и бортов карьеров, разрезов в рабочем и предельном состоянии и откосов отвалов. Особенно это касается проектирования глубоких карьеров с крутыми уступами (более 75°) и бортами (более 55°), а также в случае применения комбинированной разработки месторождений. Так, практика последних десятилетий показывает, что во многих случаях предельные углы наклона борта удается увеличить до 55...60°, против преобладавших ранее 40.45°. Достигается это за счет увеличения углов наклона откосов уступов на конечном контуре карьеров, повышения высоты откосов уступов и сокращения ширины берм [6, 7]. Увеличение предельного угла наклона бортов на 10° приводит к уменьшению объема вскрыши в среднем на 40 % при сохранении прежней глубины разработки и увеличению запасов руды на 40 % при сохранении прежних размеров карьера по поверхности [8]. Вместе с тем, рост глубины, предельных углов уступов и бортов, сроков эксплуатации карьеров и разрезов зависит от достоверности и полноты исходных данных, закладываемых при выполнении работ по обоснованию устойчивости откосов, в том числе с учетом инновационных достижений открытой геотехнологии, возможностей применения вероятностных и детерминированных методов расчета, современных средств контроля и наблюдений за геомеханическим состоянием массивов горных пород [9, 10].
Таким образом, разработка современных методов инженерно-геологического и гидрогеологического изучения условий строительства карьеров, разрезов (особенно глубоких), откосов отвалов, отвечающих требованиям действующих нормативных документов и направленных на получение необходимых исходных данных для достоверных геомеханических расчетов является актуальной задачей.
Реализация задачи инженерно-геологического и гидрогеологического
обеспечения безопасности горных работ при освоении месторождений
открытым способом
Для решения поставленных задач коллективом авторов в дополнение к [1] разработано «Руководство по инженерно-геологическому, гидро-
геологическому изучению и районированию массивов горных пород для обоснования устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов», представленные на согласование в Ростехнадзор. Стоит отметить, что в настоящее время также разрабатываются руководства по оценке геомеханических рисков и мониторингу состояния массива, а также оценке устойчивости уступов и бортов карьеров, разрезов и откосов отвалов.
Руководства разрабатываются в соответствии с действующими нормативными документами, содержат методы изучения инженерно-геологических, гидрогеологических условий массивов горных пород, принципы их районирования с учетом этапов и стадий геологоразведочных работ, а также сложности инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых различных геолого-промышленных типов, в том числе общераспространенных, современных методов расчета устойчивости массивов горных пород, мониторинга состояния, оценки рисков, гармонизированных с мировой практикой.
Основные ключевые моменты и положения, рассмотренные в «Руководстве по инженерно-геологическому, гидрогеологическому изучению и районированию массивов горных пород для обоснования устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов» следующие.
1. Впервые в нормативно-правовой документации вводится понятие «геомеханическая модель» месторождения, необходимость построения которой для определенной группы опасных производственных объектов является обязательной [1]. Особенности создания геомеханических моделей описаны, например, в работах [12 - 15]. Приведены основные термины и определения, используемые при инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях в аспекте последующей оценки устойчивости откосов.
Геомеханическая модель месторождения обобщает:
- геологическую модель - включает описание петрографического состава массива горных пород, его изменения, зоны минерализации;
- структурную модель - предусматривает раскрытие основных структур горных пород (плоскости напластования, складчатость, разломы), второстепенных структур (вторичные и техногенные разломы), систем трещин), их основные характеристики;
- механическую модель массива горных пород - определяет прочность ненарушенных пород, характеристики прочности структур, классификацию и прочность массивов горных пород. Допускается использование геомеханической блочной модели;
- гидрогеологическую модель - предполагает описание гидрогеологических элементов в массиве горных пород, гидравлической проводимости, режимов перетоков, уровней грунтовых вод, распределения порово-го давления грунтовых и подземных вод.
Одиночные (усредненные) значения параметров необходимы для детерминированного анализа, а дискретные и/или непрерывные распределения предполагают их использования при вероятностном анализе.
2. Закрепляется рекомендованный состав и объем инженерно-геологических и гидрогеологических исследований для различных стадий геологоразведочных работ, в том числе в массиве многолетнемерзлых пород. При этом количество инженерно-геологических скважин на стадии детальной разведки должно составлять от общего количества геологоразведочных скважин 8 % для простых инженерно-геологических условий, 12 % - для исследований средней сложности и не менее 15 % - для проведения сложных исследований. Из общего числа инженерного-геологических скважин 25 % бурится на стадии предварительной разведки, 75 % - на стадии детальной разведки. При этом допускается совмещение геологоразведочных и геомеханических скважин.
3. Принимается положение, что в породах, свойства которых не меняются во времени (не подверженных выщелачиванию, незасоленных, не-карстоопасных и т.д.) результаты инженерно-геологического изучения не имеют срока давности, что дает возможность при оценке устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов использовать архивные данные. Данное положение является одним из ключевых, поскольку не требует для определенной категории пород проведения повторных исследований, в случае если они выполнены более, чем 3 года назад.
4. Определены границы инженерно-геологического и гидрогеологического изучения. Так, инженерно-геологическое изучение выполняется в пределах ширины призмы возможного обрушения. При этом основной объект изучения - прибортовой массив горных пород, либо массив горных пород при техногенно измененных породах, являющихся основанием отвалов. Площадь гидрогеологического изучения определяется формой карьера в плане и положением гидродинамических границ (реки, зоны выклинивания водоносных горизонтов и др.).
5. Рассмотрены виды и принципы геомеханического районирования массива горных пород месторождения. Отмечается необходимость уточнения схемы районирования по мере отработки месторождения. С точки зрения оценки устойчивости районирование месторождения может быть выполнено по одному или нескольким параметрам:
- по характеристикам трещиноватости массива горных пород (структурное районирование);
- по инженерно-геологическим особенностям (петрографическим разностям, прочностным и деформационным свойствам массива горных пород, интенсивности трещиноватости, рейтинговым показателям);
- по другим выбранным параметрам (например, величине порового давления, мощности четвертичных отложений, глубине распространения многолетнемерзлых пород и прочие).
6. Предложена классификация месторождений по степени сложности инженерно-геологических и гидрогеологических условий разработки, согласно которой месторождения подразделяются на простые, средней сложности, сложные.
Для отнесения месторождений разных типов к той или иной категории сложности по результатам исследования инженерно-геологических условий месторождений разработана табл. 1.
Таблица 1
Классификация месторождений по сложности их освоения с учетом инженерно-геологических условий [11]
Характеристика сложности инженерно-геологических условий
Месторождения, приуроченные к различным типам пород
Тип 1. Преимущественно несвязные (песчаные, гравийные и др.) или связные (глинистые), или их переслаивание
Тип 2. Преимущественно полускальные
Тип 3. Скальные
е ы т с
о р
К
а.
Тип 1а. Необвод-ненные несвязные или твердопластич-ные связные, залегающие на небольших глубинах (чаще выше местного базиса эрозии)_
Тип 2а. Полускальные слабо дислоцированные и маловы-ветрелые, слабообводненные
Тип 3 а. Массивные малодислоцированные и маловыветрелые, скальные
и
т
с
о
н
ж
о
л
с
й е
н
д
е р
С .б
Тип 1б. Обводненные несвязные и связные. Величины гидростатических давлений не превышают 100 м водяного столба. Несвязные породы имеют удовлетворительную водоотдачу и водопроницаемость (коэффициент фильтрации более 1,0 м/сут.), что позволяет осушать их в сравнительно короткие сроки.
Тип 2б. Полускальные, дислоцированные, ослабленные трещиноватостью, выветриванием или прослоями пород с малой прочностью. Закарстованные полускальные породы. Двухэтажное строение, причем верхний этаж состоит из толщи обводненных несвязных и связных слоистых пород, а нижний из полускальных дислоцированных пород._
Тип 3б. Скальные дислоцированные, трещиноватые, с
наличием зон дробления, выветривания. Сильно закарстован-ные. Карстовые полости содержат рыхлый заполнитель. Двухэтажное строе-ние, причем верхний этаж состоит из толщи обводненных слоистых несвязных и связных пород, а нижний из скальных дислоцированных пород.
Окончание табл. 1
е
ы
н
ж
о
л
С
.в
Тип 1в. Обводненные несвязные породы большой мощности, иногда переслаивающиеся со связными. Величины гидростатических давлений превышают 100 м водяного столба. Породы обладают особо неблагоприятными инженерно-
геологическими свойствами или условиями залегания (частое фаци-альное изменение, наличие связных пород с текучей или мягкопла-стичной консистенцией и пр.). Дренажные мероприятия затруднены в связи со слабой
проницаемостью пород._
Тип 2в. То же, что и 2б. но залегающие на больших глубинах. Двухэтажное строение, причем верхний этаж состоит из мощных толщ обводненных пород различного состава, а нижний - из сложнодисло-цированных полускальных пород.
Тип Зв. То же, что и 3б, но залегающие на больших глубинах. Двухэтажное строение, причем верхний этаж состоит из мощных толщ обводненных пород различного состава, а нижний - из сложнодисло-цированных скальных пород
При этом учитывается, оценивается комплекс природных факторов, которые влияют на следующие условия:
а) инженерно-геологические группы пород (связные, несвязные, полускальные, скальные);
б) тектоническая нарушенность пород, их трещиноватость, вывет-релость, закарстованность;
в) величины гидростатических напоров, характер их изменчивости во времени и пространстве, коэффициенты фильтрации пород;
г) физико-механические свойства пород.
7. Разработаны рекомендации по составлению программы бурения инженерно-геологических скважин, которая должна содержать:
- требуемый объем бурения скважин и назначение каждой из них;
- проводимые виды исследований в стволе скважины (геофизические, видео-и фотометрические и др.);
- способ ориентации керна (в случае если выполняется бурение с отбором ориентированного керна), а также методы определения искривления ствола скважины (инклинометрия);
- методику документирования керна, которая при необходимости должна включать его фотографирование;
- количество и участки отбора проб для физико-механических испытаний;
- состав гидрогеологических исследований;
- план и геологический разрез с визуализацией ствола скважин и предполагаемых границ пересечения разрывных нарушений, геологических контактов, которые должны быть переданы до начала буровых работ буровой бригаде и специалисту, осуществляющему документацию керна;
- мероприятия по контролю качества бурения, повышению выхода керна и его документации.
8. При выполнении буровых работ с учетом [11, 16] рекомендации по выбору мест заложения скважин:
- ориентирование скважины в борт карьера, поскольку требуется изучение прибортового массива горных пород;
- изучение наименее разведанных и потенциально неблагоприятных по устойчивости участков;
- проведение изысканий на участках, которые характеризуются слабыми разностями пород в разрезе (например, мягкопластичные глинистые породы, переслаивающиеся с прослоями водоносных пород, плывунов);
- скважина должна обеспечивать подсечение максимально возможного количества предполагаемых структурных неоднородностей, которые могут оказать влияние на устойчивость уступов карьеров, разрезов;
- ориентирование скважины вкрест простирания основных структурных неоднородностей, за исключением скважин, ориентируемых по их падению для определения характеристик различных систем трещин. Угол встречи скважины и подсекаемых ею предполагаемых структурных неод-нородностей рекомендуется около 30°;
- места заложения скважин должны обеспечивать технические условия для безопасного ведения буровых работ;
- скважины должны пересекать основные структурные неоднородности ниже подошвы многолетнемерзлых пород;
- скважины должны располагаться на участках крупных мульдооб-разных понижений пластов.
9. Разработаны рекомендации по способам и разновидностям бурения в зависимости от инженерно-геологических условий, которые должны обеспечивать выход керна не менее 80 % (табл. 2), особенности определе-
ния ориентировки керна (при бурении с его отбором), как методами прямой (физической), так и косвенной (цифровой) маркировки.
Таблица 2
Способы бурения скважин при проведении инженерно-геологических
исследований
Минималь-
Тип пород Тип бурения Типоразмер ный диаметр керна, мм Буровой раствор Примечание
Монолитные, малотрещиноватые 63,5 (47,6) Бентонит, полимеры. При гидрогеологических исследованиях -чистая вода. В мерзлых
скальные породы условиях допустимо использовать соляной раствор
Трещиноватые и силь-нотрещино-ватые скальные породы Щ-3 №3) 61,1 (45,0) Бентонит, полимеры. При гидрогеологических исследованиях -чистая вода. В мерзлых условиях допустимо Применение третьей разъемной гильзы для сохра-
Колонковый использовать соляной раствор нения структуры
Сильновы-
ветрелые
скальные
породы с
повышен-
ными филь-трационны-ми PQ (HQ) 85,5 (63,5) Чистая вода
свойствами
для гидро-
геологиче-
ских иссле-
дований
Бентонит. В мерзлых
Колонковый PQ 85,5 (63,5) условиях допустимо использовать соляной раствор
Ударно-
Глинистые необводнен-ные и сла-бообводнен-ные породы канатный кольцевым способом -забивной, клюющий Тип I, II, III 146 (73) Без промывочной жидкости
Шнековый Нет керна,
- рейсовое (кольце- ШБ-73 - ШБ- Без промывочной жид- породы сбрасыва-
вым забоем), по- 135 кости ются из шнека для
точное документ.
Окончание табл. 1
Глинистые обводненные породы Вибрационный Шнековый - рейсовое (кольцевым забоем), поточное 108-168 мм ШБ-73 - ШБ- 135 85,5 (63,5) Без промывочной жидкости Без промывочной жидкости С применением вибратора или вибромолота. Нет керна, породы сбрасываются из шнека для документирования
Песчаные породы Ударно-канатный кольцевым способом -забивной Тип I, II, III 146 (73) Без промывочной жидкости
Вибрационный 108-168 мм 85,5 (63,5) Без промывочной жидкости С применением вибратора или вибромолота
Шнековый - рейсовое (кольцевым забоем), поточное ШБ-73 - ШБ- 135 - Без промывочной жидкости Нет керна, породы сбрасываются из шнека для документирования
Крупнообломочные Шнековый - рейсовое (кольцевым забоем), поточное ШБ-73 - ШБ- 135 - Без промывочной жидкости
Гидрогеологические скважины в дисперсных породах Любой из вышеперечисленных способов Тип I, II, III 146 (108) Без промывочной жидкости
Ударно-канатный сплошным забоем - Без отбора керна
В скобках указано допустимое значение, применяемое в условиях ослож-
нений горно-геологических условий в процессе бурения.
10. В Методическом руководстве разработана методика геолого-структурой съемки массива скальных горных пород, указано на необходимость ее проведения по мере постановки уступов в предельное состояние,
а также при приближении к нему на расстояние 100 м и менее. При геолого-структурной съемке рекомендовано применять ортофотопанорамы, лазерные сканирующие системы. В зависимости от сложности строения массива месторождения приведены две схемы картирования (точечная и сплошная). Изучение геолого-структурного строения месторождения используется в том числе для последующего кинематического анализа [17].
При съемке трещиноватости массива горных пород фиксируются основные характеристики трещин:
- азимут падения (простирания) и угол падения трещин, характеризующие их ориентировку в пространстве;
- протяженность трещин, определяющую масштабы возможной деформации;
- расстояние между трещинами в каждой выделенной системе;
- характеристику заполнителей трещин (наличие заполнителя может привести к тому, что именно его характеристики будут определять устойчивость прибортового массива);
- характер контактов (волнистость контактов влияет на угол падения трещин, а шероховатость увеличивает трение по контакту).
К дополнительным характеристикам трещиноватости относятся:
- доля каждой из систем трещин к общему объему трещин;
- генетические особенности трещин;
- изменение интенсивности трещиноватости горных пород, протяженности и раскрытия трещин на участках, граничащих с крупными геолого-структурными нарушениями массива горных пород.
Рекомендовано в обнажениях горных пород дополнительно оценивать форму и размеры элементарных блоков. Форма элементарного блока определяется относительным расположением трещин, а размеры - частотой трещин в массиве горных пород.
11. Рассмотрены основные рейтинговые геомеханические системы и их составляющие [18-20], геологический индекс прочности для трещиноватых блочных пород по Хуку (Geological Strength Index - GSI, 2013) [2123].
12. Приведен перечень определяемых в ходе инженерно-геологических изысканий физико-механических свойств горных пород в зависимости от их типа и стадии освоения месторождения, определен требуемый состав полевых методов испытаний. Ключевыми являются положения, связанные с тем, что для конкретных условий допустимо проводить нестандартные испытания в соответствии с разработанной программой работ, результаты которых могут быть принятыми в качестве исходных данных для расчетов устойчивости откосов в скальных породах, а также для оценки устойчивости откосов в дисперсных породах с показателем текучести IL<0,5, вне зависимости от их водонасыщения. В последнем случае
требуются испытания на консолидированно-дренированный (медленный) срез. Для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных пород, а также и просадочных пород, приведенных в водонасыщенное состояние, испытания проводятся с замачиванием без приложения нагрузки с показателем текучести ГЬ>0.5. Испытания выполняются как на консолидирован-но-дренированный (медленный) срез, так и на неконсолидированный (быстрый) срез.
13. Показано, что территория отвалообразования изучается с учетом степени сложности массива горных пород месторождения по наиболее неблагоприятному фактору. При этом закреплена рекомендация о необходимости районирования территории отвалообразования по степени сложности, что позволяет применять различный состав, объем и наиболее приемлемую методику инженерно-геологических исследований на различных участках массива горных пород. В случае, если основание отвала сложено прочными скальными или многолетнемерзлыми породами, инженерно-геологические условия территории следует считать простыми, вне зависимости от типа и состава складируемых пород. В случае если основание представлено дисперсными породами, сложность условий отвалообра-зования определяется наклоном основания отвала и его гидрогеологическими условиями.
14. В методическом руководстве описана методика геомеханического документирования керна скважин с учетом характеристик трещино-ватости массива горных пород, в том числе детально описаны признаки природных и техногенных трещин, с примерами, приведены типовые формы геомеханического документирования керна скважин.
15. Определена типизация гидрогеологических условий отработки месторождений (табл. 3), принципы схематизации, проведения опытно-фильтрационных работ и режимных наблюдений.
Таблица 3
Таблица гидрогеологических и криогенных условий месторождения
Критерий/Группа Простые Сложные Весьма сложные
1 2 3 4
Глубина, м < 200 200.. .600 > 600
Наличие разрывных нарушений нет да да
Годовая сумма осадков, мм < 200 200.600 > 600
Наличие крупных водотоков и водоемов. нет да да
Геоморфология водораздел долина долина
Количество водоносных горизонтов 1 2-5 > 5
Окончание табл. 3
1 2 3 4
Распространение многолетне-мерзлых пород (ММП) Отработка происходит в пределах ММП. ММП отсутствует Отработка вскрывает ММП Отработка вскрывает ММП, наличие таликов, межмерзлотных или подмерзлот-ных напорных горизонтов
Выводы
Представленные в статье основные методические положения по проведению инженерно-геологического изучения месторождения являются основой для геомеханического обоснования конструктивных параметров уступов и бортов карьеров, разрезов и откосов отвалов, обеспечивающих безопасность ведения открытых горных работ, что является необходимым и достаточным условием обеспечения специализированных организаций и подразделений недропользователя требуемыми данными об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом.
Разработанные методические положения явились основой для разработки методического руководства к практическому применению Федеральных норм по обеспечению устойчивости горных сооружений с минимизацией геомеханических рисков при освоении месторождений открытым способом. Руководство по инженерно-геологическому и гидрогеологическому изучению массивов горных пород содержит набор конкретных рекомендаций по сбору и анализу исходных данных, в том числе учтен международный подход к классификации массивов горных пород.
Выполнение исследований в соответствии с намеченными в руководстве рекомендациями позволит в дальнейшем обосновать рациональные параметры бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов, прогнозировать опасные с позиции обеспечения устойчивости их участков и управлять геомеханическими рисками при освоении недр.
Список литературы
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов». 2020.
2. СП 47.13330.2016. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.
3. СП 446.1325800.2019. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ.
4. Governing risk elements through open pit slope optimization / M. Go-lestanifar [etc.] // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy 2018. № 118 (1). Pp. 47-55. DOI: 10.17159/2411-9717/2018/ v118n1a6.
5. Спирин В.И., Ливинский И.С., Хормазабаль Э. Оптимизация конструкций бортов карьеров на основе оценки рисков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып. 3. С. 317-331.
6. Фисенко Г.Л., Ревазов М.А., Галустян Э.Л. Укрепление откосов в карьерах. М.: Недра, 1974. 208 с.
7. Рыльникова М. В., Федотенко В. С., Есина Е. Н. Совершенствование нормативно-правовой базы обеспечения экологической и промышленной безопасности горных работ как основа внедрения инновационных геотехнологий // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2018. №5. С. 4-13.
8. Мельников Н.Н., Козырев А.А., Лукичев С.В. Большие глубины -новые технологии // Вестник Кольского научного центра РАН. 2013. № 4 (15). С. 58-66.
9. Особенности и перспективы реализации проекта федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и отвалов» / М.В. Рыльникова, А.И. Перепелицын, О.В. Зотеев, И.Л. Никифорова // Горная промышленность. 2020. № 1. С. 132-139.
10. Trubetskoy K., Rylnikova M., Esina E. Ensuring the environmental and industrial safety in solid mineral deposit surface mining / E3S Web of Conferences. The Second International Innovative Mining Symposium. 2017. 21(4), 02008. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172102008.
11. Инструкция по изучению инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых при их разведке. М.: «Недра», 1975. 52 с.
12. Съедина С.А., Балтиева А.А., Шамганова Л.С. Разработка 3D геомеханических моделей для подземных рудников и карьеров // Проблемы недропользования. 2018. № 1. С. 60-65.
13. Бирючев И.В, Макаров А.Б., Усов А.А. Геомеханическая модель рудника. Часть 1. Создание // Горный журнал. 2020. № 1. С. 42-48. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.08.
14. Бирючев И.В, Макаров А.Б., Усов А.А. Геомеханическая модель рудника. Часть 2. Использование // Горный журнал. 2020. № 2. С. 3544. DOI: 10.17580/gzh.2020.02.04
15. Ливинский И.С., Митрофанов А.Ф., Макаров А.Б. Комплексное геомеханическое моделирование: структура, геология, разумная достаточность // Горный журнал. 2017. № 8. С. 51-55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09.
16. Руководство по геомеханическому документированию керна // SRK Consulting (Russia) Ltd. 2020. 49 с.
17. Contreras L.-F., Brown E. T. Slope reliability and back analysis of failure with geotechnical paramet ers estimated using Bayesian inference // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 3. Pp. 628-643.
18. Beniawski Z.T. Engineering rock mass classification. Wiley, New York, 1989. 251 p.
19. Laubscher D.H. A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design // Trans. S. Afr. Inst. Min. Metal., 1990. 9(10).
20. Laubscher D.H., Jacubec J. The MRMR Rock Mass Classification for jointed rock masses // Foundations for Design. Brisbane, 2000. Pp.475-481.
21. Hoek E., Carranza-Torres C. Corkum B. Hoek-Brown failure criterion - 2002 Edition // Proc. NARMS-TAC Conference, Toronto, 2002, 1. Pp. 267-273.
22. Hoek E., Carter T.G., Diederichs M.S. Quantification of the geological strength index chart // Proceedings of the 47th US Rock Mechanics. Geomechanics Symposium, Jun. 23-26, 2013, San Francisco, CA, USA, Pp. 1-8.
23. Hoek E., Brown E. The Hoek-Brown failure criterion and GSI -2018 edition // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 3. Pp. 445-463.
Яницкий Евгений Брониславович, канд. геогр. наук, зам. ген. директора по научной работе и перспективному развитию, yanez@geomix. ru, Россия, Белгород, ОАО «ВИОГЕМ»
DEVELOPMENT OF ENGINEERING AND GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL SUPPORT FOR THE SAFE CONDUCT OF MINING
OPERATIONS DURING THE DEVELOPMENT OF MINERAL DEPOSITS BY THE OPEN GEOTECHNOLOGY
E. B. Yanitsky
The article develops methodological provisions and reveals the features of the application of the "Manual for engineering-geological, hydrogeological study and zoning of rock massifs to substantiate the stability of the sides and installations of quarries, sections and slopes of dumps", which is a scientific and methodological support of the FNP "Rules for ensuring the stability of the sides and ledges of quarries, sections and slopes of dumps", approved by the order of Rostechnadzor No. 439 of 13.11.2020. It is noted that the process of engineering-geological and hydrogeological study of the conditions of rock massifs should be carried out at all stages of field development, which increases the reliability of geomechani-cal calculations and makes it possible to make management decisions with minimal geome-chanical risks. The basic components of the geomechanical model, the required volume of engineering and geological wells at various stages of exploration are given, the types of zoning of the rock mass are recommended, taking into account the tasks set to ensure the stability of the slopes, the classification of deposits according to the complexity of the structure is given, the methods of drilling wells are recommended, recommendations for the location are given, and the conditions under which the architectural data can be used are determined.
Key words: engineering-geological and hydrogeological conditions, geomechanical model, zoning of rock massifs, complexity of conditions, documentation of outcrops and core.
Yanitsky Evgeny Bronislavovich, candidate of geographical sciences, deputy general director for scientific work and long-term development, [email protected], Russia, Belgorod, JSC «VIOGEM»
Reference
1. Federal norms and rules in the field of industrial safety "Rules for ensuring the stability of sides and ledges of quarries, sections and slopes of dumps". 2020.
2. SP 47.13330.2016. Engineering surveys for construction. Basic provisions
3. SP 446.1325800.2019. Engineering and geological surveys for construction. General rules of work
4. Governing risk elements through open pit slope optimization / M. Golestanifar [etc.] // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy 2018. №118(1). Pp. 47-55. DOI: 10.17159/2411-9717/2018/ v118n1a6.
5. Spirin V.I., Livinsky I.S., Hormazabal E. Optimization of quarry side structures based on risk assessment // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2019. Issue 3. pp. 317-331.
6. Fisenko G.L., Revazov M.A., Galustyan E.L. Strengthening of slopes in quarries. M.: Nedra, 1974. 208 p.
7. Rylnikova M. V., Fedotenko V. S., Esina E. N. Improvement of the regulatory framework for ensuring environmental and industrial safety of mining operations as the basis for the introduction of innovative geotechnologies // News of higher educational institutions. Mining magazine. 2018. No.5. pp. 4-13.
8. Melnikov N. N., Kozyrev A. A., Lukichev S. V. Large depth - of new technology // Bulletin of the Kola science centre of RAS. 2013. № 4 (15). S. 58-66.
9. Features and prospects of realization of the project of the Federal norms and regulations in the field of industrial safety "Rules of the sustainability Board and bench, cuts and dumps" / Ryl'nikova M. V., I. A. perepelitsyn, O. V. Eremin, I. L. Nikiforov // Mining industry. 2020. No. 1. pp. 132-139.
10. Trubetskoy K., Rylnikova M., Esina E. Ensuring the environmental and industrial safety in solid mineral deposit surface mining / E3S Web of Conferences. The Second International Innovative Mining Symposium. 2017. 21(4), 02008. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172102008 .
11. Instructions for the study of engineering and geological conditions of deposits of solid minerals during their exploration. M.: "Nedra", 1975. 52 p.
12. Sedina S.A., Baltieva A.A., Shamganova L.S. Development of 3D geomechanical models for underground mines and quarries // Problems of subsoil use. 2018. No. 1. pp. 60-65
13. Biryuchev I.V., Makarov A.B., Usov A.A. Geomechanical model of the mine. Part 1. Creation // Mining magazine. 2020. No.1. pp. 42-48. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.08
14. Biryuchev I.V., Makarov A.B., Usov A.A. Geomechanical model of the mine. Part 2. Usage // Mining Magazine. 2020. No. 2. pp. 35-44. DOI: 10.17580/gzh.2020.02.04
15. Livinsky I.S., Mitrofanov A.F., Makarov A.B. Complex geomechanical modeling: structure, geology, reasonable sufficiency // Mining Journal. 2017. No.8. pp. 51-55. DOI: 10.17580/gzh.2017.08.09
16. Guide to geomechanical core documentation // SRK Consulting (Russia) Ltd. 2020. 49 p .
17. Contreras L.-F., Brown E. T. Slope reliability and back analysis of failure with geotechnical paramet ers estimated using Bayesian inference // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 3. Pp. 628-643.
18. Beniawski Z.T. Engineering rock mass classification. Wiley, New York, 1989.
251 p.
19. Laubscher D.H. A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design // Trans. S. Afr. Inst. Min. Metal., 1990. 9(10).
20. Laubscher D.H., Jacubec J. The MRMR Rock Mass Classification for jointed rock masses // Foundations for Design. Brisbane, 2000. PP.475-481.
21. Hoek E., Carranza-Torres C. Corkum B. Hoek-Brown failure criterion - 2002 Edition // Proc. NARMS-TAC Conference, Toronto, 2002, 1. PP. 267-273.
22. Hoek E., Carter T. G., Diederichs M. S. Quantification of the geological strength index chart // Proceedings of the 47th US Rock Mechanics. Geomechanics Symposium, Jun. 23-26, 2013, San Francisco, CA, USA, pp. 1-8.
23. Hoek E., Brown E. The Hoek-Brown failure criterion and GSI - 2018 edition // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 3. Pp. 445463.
УДК 622 DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-582-590
НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ГОРНОГО МАССИВА И КРЕПИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Н.М. Качурин, Е.И. Захаров, Д.А. Соловьев, Р.А. Соловьев
Рассмотрены математические модели напряженно — деформированного состояния горного массива и крепи при строительстве подземных сооружений. Отмечено, что упругие горные породы - это породы, в которых процесс деформирования под действием внешних сил является обратимым, т.е. энергия, обусловленная работой внешних сил, не поглощается. Приведены уравнения движения и равновесия в условиях упругого деформирования. Рекомендовано использовать метод конечных элементов для моделирования напряженно-деформированного состояния горного массива и крепи для решения уравнений движения и равновесия в условиях упругого деформирования.
Ключевые слова: горный массив, напряжение, упругая деформация, крепь, горная выработка, деформация, математическая модель.
В естественных условиях горные породы всегда находятся под давлением, поэтому они пребывают в состоянии объемного напряженного состояния. Как правило, напряжения в горных породах создают и поддерживают условия механического равновесия внутри определенных областей земной коры. Под действием сжимающих усилий происходит деформация горных пород, при этом существует несколько реологических моделей деформирования горных пород в напряженном состоянии. Различные реологические модели отражают основные физические свойства тех или иных
