Устойчивость откосов горных пород

Науковий вісник НГУ

• 
• 
• 

• Главная
• Авторам и читателям

• рубрики журнала
• требования к авторам
• условия подписки
• гостевая книга

• концепция журнала
• редакционная коллегия
• адрес редакции

• по выпускам
• по разделам

• Геологические науки
• Разработка месторождений
• Обогащение полезных ископаемых
• Физические процессы
• Горная механика
• Электротехника
• Экология
• IT-технологии
• Экономика

• Партнеры
• Приглашение к сотрудничеству

• Skip to content

Современные подходы к оценке устойчивости откосов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Рейтинг: / 0
Подробности Категория: Горная механика Обновлено 11.11.2014 21:38 Опубликовано 11.11.2014 21:38 Просмотров: 2808

Aвторы:

K. Сейтулы, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, ассистент кафедры открытых горных работ, г.Алматы, Республика Казахстан

А.Н. Шашенко, доктор технических наук, профессор, Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, заведующий кафедрой строительства, геотехники и геомеханики, г.Днепропетровск, Украина

А.С. Ковров, кандидат технических наук, доцент, Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, доцент кафедры экологии, г.Днепропетровск, Украина

Реферат:

Управление состоянием массива горных пород и прогнозирование устойчивости откосов и бортов карьеров является одной из важнейших инженерных задач по обеспечению безопасности и эффективности работ при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых. В настоящее время разработано около 300 методов, позволяющих изучать геомеханические процессы в откосах карьеров и прогнозировать их устойчивость с учетом влияния естественных и техногенных факторов.

Цель. Разработка нового методического подхода к комплексной оценке устойчивости прибортовых и насыпных массивов пород.

Методика. В работе использован анализ существующих методик расчета устойчивости откосов, хорошо апробированных на практике. Приведены основные аналитические решения задачи устойчивого откоса, основанные на гипотезах плоской и круглоцилиндрической поверхности скольжения. Детально рассмотрено применение номограмм устойчивости откосов, базирующихся на интегрированном подходе к оценке состояния склонов с учетом горно-геологических условий и геометрических параметров.

Результаты. Полученные в результате численного моделирования номограммы устойчивости откосов с безразмерными величинами позволяют с высокой степенью надежности определять устойчивые геометрические параметры прибортового массива пород с учетом геологических, гидрогеологических и технологических факторов.

Научная новизна. В результате многократных этапов численного моделирования геомеханических процессов в оползневом склоне определены значения коэффициента запаса устойчивости применительно к бортам карьера и отвалам разреза Майкубенский (Республика Казахстан), что позволило разработать номограмму устойчивости откосов для изменчивых горно-геологических и горнотехнических условий данного месторождения.

Практическая значимость. Разработка и применение номограмм устойчивости откосов является полезным инженерным инструментом, позволяющим оперативно определять рациональные геометрические параметры уступов применительно к конкретным горно-геологическим условиям месторождения и управлять состоянием прибортового массива горных пород на карьере.

Списоклитературы/ References:

1. Mokritskaya, T.P. (2013), “Some possibilities of description of loess massif properties variability in conditions of weak technogenetic disturbance”, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universutetu, no. 2, pp. 5–10.

Мокрицкая Т.П. Некоторые возможности описания изменчивости свойств лессового массива в условиях слабой техногенной нарушенности / Т.П. Мокрицкая // Наук. вісн. Нац. гірн. ун-ту. –2013. –№ 2. –С. 5–10.

2. Shahshenko, A.N. & Pustovoitenko, V.P. (2004), Mekhanika gornykh porod [Rock Mechanics], Novyi druk, Kyiv, Ukraine.

Шашенко А.Н. Механика горных пород / А.Н. Ша-шенко, В.П. Пустовойтенко. – К.: Новий друк, 2004. – 400 с.

3. Duncan C. Wyllie & Christopher W. Mah (2005), Rock Slope Engineering: Civil and Mining, Taylor & Francis e-Library, London and New York..

Устойчивость откосов горных пород

Мы используем файлы cookie, которые помогают нам создать максимально удобные для посетителей условия пользования сайтом. Ниже вы можете найти список рекомендованных нами файлов cookie и выбрать, какие вы хотели бы использовать. Нажав «Принять все», вы разрешаете нам использовать все файлы cookie, перечисленные в нашем Уведомление о конфиденциальности.

Необходимые файлы cookie

Аналитические файлы cookie

Рекламные файлы cookie

Необходимые файлы cookie

Эти файлы необходимы для обеспечения работы сайта и не могут быть отключены. Они отвечают за безопасность и функции сайта и обычно реагируют на следующие действия:

• Настройка конфиденциальности
• Выбор региона и языка
• Заполнение форм

Аналитические файлы cookie

Эти файлы позволяют нам анализировать трафик. С их помощью мы постоянно улучшаем работу и удобство пользования сайтом. Информация, собираемая этими cookies, обрабатывается и является анонимной. Отключение этих файлов лишит нас возможности видеть, какие страницы вы посетили и когда.

Рекламные файлы cookie

Мы используем эти файлы, чтобы знать, какую рекламу предпочитают посетители нашего сайта. Они установлены нашими партнерами и определяют ваше устройство и браузер. Отключение этих файлов будет означать, что наши партнеры не смогут получить данную информацию и реклама на нашем сайте не будет адаптирована для вас.

Unsupported browser

• Услуги

Услуги

• Разведка месторождений полезных ископаемых
• Экспертиза горнодобывающих проектов
• Охрана окружающей среды, социальные вопросы и ликвидация объектов
• Геология и ресурсы
• Услуги в области горного производства
• Управление водными ресурсами
• Горная геомеханика
• Управление отходами горного производства
• Металлургическое извлечение и переработка полезных ископаемых
• Проектирование зданий и сооружений

Разведка месторождений полезных ископаемых

• Поиск геологоразведочных объектов
• Дистанционное зондирование и геофизические методы
• Разведочная геохимия
• Структурный полевой анализ
• Планирование проектов разведки месторождений полезных ископаемых
• Разведочное опробование, анализ и обеспечение/контроль качества
• Услуги по разведке месторождений полезных ископаемых
• Охрана труда и техника безопасности при проведении геологоразведочных работ
• Аудит и оценка проектов геологоразведочных работ

Экспертиза горнодобывающих проектов

• Комплексный аудит и оценка проектов
• Экономика и финансы горного предприятия
• Оценка рисков горнодобывающих проектов
• Оценка жизнеспособности горнодобывающих проектов
• Подготовка технических отчетов в соответствии с международными стандартами горнодобывающей отрасли

Охрана окружающей среды, социальные вопросы и ликвидация объектов

• Ликвидация горнодобывающих предприятий и рекультивация нарушенных земель
• Химический состав дренажных вод
• Оценка загрязненных участков
• Экологическая и социальная оценка воздействия
• Взаимодействие с заинтересованными сторонами и с общественностью
• Планирование управления экологическими и социальными аспектами горной промышленности
• Изменение климата
• Переселение и восстановление источников дохода
• Получение экологических разрешений
• Безопасность ядерных объектов

Геология и ресурсы

• Структурная геология
• Трехмерное геологическое моделирование
• Оценка Минеральных ресурсов
• Операционная поддержка для горных предприятий

Услуги в области горного производства

• Проектирование, планирование и инженерное обеспечение открытых горных работ
• Проектирование, планирование и инженерное обеспечение подземных горных работ
• Геологические исследования для планирования и оптимизации горных работ
• Экономика и финансы горного предприятия
• Содействие в организации горного производства
• Моделирование горных работ
• Системы разработки с обрушением
• Рудничная вентиляция

Управление водными ресурсами

• Подземные воды
• Поверхностные воды
• Водные ресурсы в горных выработках
• Качество воды и очистка

Горная геомеханика

• Геомеханика для инфраструктуры горных работ
• Горные геомеханические исследования
• Геомеханика подземной разработки месторождений
• Устойчивость бортов и уступов карьеров
• Численное геомеханическое моделирование
• Операционная поддержка в области геомеханики

Управление отходами горного производства

• Площадки кучного выщелачивания
• Хвостохранилища
• Породные отвалы
• Полигоны твердых отходов

Металлургическое извлечение и переработка полезных ископаемых

• Оптимизация работы обогатительных фабрик
• Геометаллургическое моделирование
• Лабораторные и полупромышленные испытания
• Разработка технологии обогащения полезных ископаемых

Проектирование зданий и сооружений

• Проектирование гражданских и промышленных объектов
• Проектирование в сейсмических районах
• Расчет и проектирование фундаментов
• Тоннели и подземные сооружения

Структурная геология

• Структурный полевой анализ
• Дистанционное зондирование и геофизические методы
• Геология измененных пород
• Поиск геологоразведочных объектов
• Геометаллургическое моделирование
• Структурная геология для геомеханики горных предприятий
• Исследования осадочных бассейнов

Оценка Минеральных ресурсов

• Управление данными, полученными в ходе разведки и горных работ
• Обеспечение/Контроль качества аналитических процедур исследования минеральных компонентов
• Трехмерное моделирование геологических структур и доменов
• Статистический минералогический анализ
• Геостатистика
• Оценка содержания полезных компонентов
• Условное моделирование для оценки ресурсов

Операционная поддержка для горных предприятий

• Шахтная геология, контроль содержания полезных компонентов, сверка прогнозных и фактических показателей
• Выявление факторов геологического риска

Рудничная вентиляция

• Проектирование вентиляционных систем
• Анализ вредных выбросов

Подземные воды

• Первичная гидрогеологическая характеристика
• Осушение
• Обеспечение водоснабжение за счет подземных вод и управление
• Оценка воздействия на подземные воды

Поверхностные воды

• Базовая оценка гидрологических условий
• Обеспечение водоснабжение за счет поверхностных вод и управление
• Оценка воздействия на поверхностные воды

Водные ресурсы в горных выработках

• Осушение
• Водный баланс действующих рудников
• Водный баланс при закрытии рудника

Качество воды и очистка

• Оценка водно-массового баланса
• Оценка загрязнения и очистка вод

Центр знаний

• Публикации
• Видеоматериалы
• Рассылка
• SRK News
• Брошюры
• Электронная книга

• Home
• Услуги
• Горная геомеханика
• Устойчивость бортов и уступов карьеров

Анализируя устойчивость бортов карьеров, мы обращаем основное внимание на высокое качество характеризации массива, которая предполагает целевые исследования и сбор данных по геомеханике, структурной геологии и гидрогеологии. Результаты наших работ используются на поздних стадиях разведки, при подготовке ТЭО и пред-ТЭО, эксплуатации и ликвидации объектов.

На основе нашего опыта работы на производства и опыта исследований по всему миру на всех типах месторождений и полезных ископаемых, мы анализируем устойчивость и проектируем борта карьеров с учетом большого набора факторов экономики и промышленной безопасности. За счет интеграции всех дисциплин мы улучшаем функциональность этих проектов и возможности их реализации.

Наши специалисты используют разнообразные инструменты численного моделирования для анализа устойчивости и проектирования бортов и для изучения перехода на подземную разработку. Мы используем числовую кодировку на основе выявленных, прогнозируемых или фактических (т.е. обратный расчет) механизмов деформаций. Наши специалисты имеют опыт моделирования во всех геологических условиях, от скальных массивов, где устойчивость определяется трещиноватостью, до рыхлых пород и сапролитов.

Услуги

• Услуги для действующих предприятий, инспекции, участие в работе групп по анализу геомеханической ситуации, ликвидация карьеров
• Полевые геомеханические и гидрогеологические исследования, в том числе удаленный сбор данных
• Интерпретация данных по структурной геологии, характеризация массива горных пород, определение доменов в трехмерной среде
• Анализ устойчивости и проектирование бортов карьеров и отвалов
• Численное моделирование, в том числе двухмерный и трехмерный анализ
• Гидрогеологическая оценка, снижение порового давления в бортах, контроль карьерных вод
• Планирование горных работ, реализация проектов, сопровождение мониторинга, в том числе взрывных работ, экскавации и вспомогательных работ при экскавации
• Моделирование геомеханических рисков, анализ опасности камнепада и анализ мер по снижению рисков
• Комплексные аудиты и отчеты Компетентного лица по всем вопросам, связанным с геомеханикой

Устойчивость бортов карьера

Наблюдение за устойчивости бортов карьера

Устойчивость бортов карьера.

Проблема устойчивости откосов вообще и бортов карьеров в частности опирается на решение четырех основных вопросов, касающихся:

— обоснования метода расчета;

— выбора исходных данных для расчета;

— разработки и внедрения противодеформационных мероприятий.

Основные характеристики массива, обуславливающие устойчивость бортов и уступов это прочность, геологическое строение, структура, тектоническая нарушенность и степень обводненности.

С целью обеспечения устойчивости откосов могут быть применены следующие методы и средства:

— укрепление слабых участков откосов;

— снятие напоров грунтовых вод при их наличии;

— своевременное осушение карьера.

Устойчивость уступов и бортов карьеров

Ноябрь 9, 2012

При открытой разработке месторождений полезных ископаемых очень важно обеспечить устойчивость уступов, бортов карьеров и отвалов и не допустить их деформации в течение всего периода строительства и эксплуатации карьера.

Из большого числа факторов, от которых зависит устойчивость откосов, определяющей является группа геологических факторов (состав, состояние, строение и свойства горных пород). Эти факторы определяют условия деформации массива и выбор расчетных схем устойчивости откосов, характер противодеформационных мероприятий и величины показателей, закладываемых в расчеты.

Из группы гидрогеологических факторов основным является влияние подземных вод , изменяющих свойства массива (вследствие выщелачивания трещиноватых карбонатных пород, набухания глинистых пород и пр.) и напряженное состояние (из-за гидростатических и гидродинамических сил). Кроме того, под воздействием гидродинамического давления может происходить фильтрационное разрушение откосов (оплывание и суффозия).

Обводненность контактных зон и структурных нарушений приводит к деформациям откосов (за счет снижения прочности пород на контактах) и внезапному прорыву вод.

Третью группу составляют технологические факторы.

Необходимо учитывать, что от параметров вскрывающих выработок, положения их относительно контура карьера и срока службы зависит интенсивность развития в массиве реологических процессов и выветривания пород. Неудачно выбранное направление ведения горных работ в плане и по вертикали может привести к развитию в массиве деформационных процессов (подрезка контактов слоев или нарушений и пр.). При высокой скорости подвигания фронта горных работ в массиве не успевают развиваться деформационные и реологические процессы, что позволяет придавать откосам рабочих уступов более крутые углы наклона. Размещение отвалов в выработанном пространстве увеличивает сопротивление сдвигающим усилиям прибортового массива пород.

Борта карьеров могут иметь участки вогнутой, выпуклой и прямолинейной формы в плане. Установлено, что при прочих равных условиях откосы, имеющие в плане вогнутую форму, более устойчивы, чем плоские.

Буровзрывные работы обусловливают сейсмический эффект, образование в приоткосном массиве уступа зон пониженной прочности, а также неустойчивой поверхности самого откоса уступа. Для снижения вредного воздействия взрывов при постановке уступов в конечное положение необходимо: изменять параметры буровзрывных работ; применять (с учетом конкретной обстановки) короткозамедленное взрывание скважинных зарядов малого диаметра и контурное взрывание , заряды с инертными сердечниками; располагать ряды скважин под углом 60—90° к контуру борта; применять экранирующие врубы; использовать искусственное укрепление уступов; вводить в расчеты повышенный коэффициент запаса устойчивости.

Различают следующие виды деформаций карьерных откосов: осыпи, характеризующиеся смещением и отрывом отдельных кусков пород, по мере накопления осыпей на площадках уступов откосы уступов выпола-живаются и образуется сплошной откос недопустимо большой высоты, что вызывает необходимость очистки берм и увеличения их ширины, осыпи характерны для пород, склонных к выветриванию; оползни, характеризующиеся смещением пород по наклонной поверхности, положение которой чаще всего предопределено строением массива (поверхность контакта, трещина и пр.);

оплывины, происходящие в результате фильтрационного выпора и суффозии пород; этот вид деформаций наблюдается главным образом при строительстве карьера в водонасыщенных мягких породах;

просадки, представляющие собой вертикальное опускание участков массива, вызванное, например, наличием карстовых полостей в нижележащих породах; обрушения, отличающиеся от оползней более высокой скоростью развития деформаций.

Для определения причин деформаций уступов и бортов карьеров, а также для разработки мероприятий по их прогнозированию и предотвращению необходимо в период строительства и эксплуатации карьеров обеспечить непрерывное наблюдение за устойчивостью откосов. В результате наблюдений и замеров должны быть определены:

условия, в которых возник и развился процесс деформации (тип пород, структура массива, высота и угол откоса уступа, время стояния откоса до начала деформации);

характеристика процесса нарушения устойчивости массива, начиная с момента развития микроподвижек (тип нарушения, продолжительность процесса и его скорость в период возникновения, развития и затухания, размер нарушенного участка и т. д.); характеристика степени снижения устойчивости массива под воздействием атмосферных осадков и выветривания; характеристика степени снижения устойчивости массива в зависимости от скорости подвигания фронта горных работ.

Устойчивость уступа (борта) карьера или отвала обычно оценивается расчетными методами. При этом решают одну из двух зядач:

1) находят коэффициент запаса устойчивости У у реально существующего откоса с определенными параметрами: высотой Я’я углом наклона а;

2) задаются величинами А|у и Я и определяют величину устойчивого угла откоса av. *.J

Первую задачу обычно решают в один из периодов разработки месторождения (строительство, эксплуатация, погашение), вторую при проектировании карьера.

Большинство распространенных в настоящее время методов расчета основано на определении сдвигающих и удерживающих сил, действующих по наиболее вероятной поверхности скольжения. Определение положения поверхности скольжения карьерного откоса и ее формы является наиболее важным этапом расчета.

Расчет устойчивости проводится с учетом запаса прочности, выражаемого величиной коэффициента запаса устойчивости Т]У. Его значение следует определять с большой точностью, так как занижение может привести к обрушению уступа (борта), повреждению оборудования и к несчастным случаям, а завышение — к излишнему выполаживанию и в связи с этим к увеличению объемов вскрышных работ.

Различают краткосрочную и долгосрочную устойчивость откосов, которыми должны обладать соответственно с. рабочие и нерабочие уступы. Коэффициент запаса устойчивости рабочих уступов ту=1,15-1,2, а нерабочих уступов в глинистых и трещиноватых скальных и полускальных породах У = 1,5-2,0.

При предварительном выборе углов откоса рабочих и нерабочих уступов целесообразно пользоваться данными табл. 1.2. Для уточнения значений углов, особенно при неустойчивых породах или неблагоприятном залегании поверхностей ослабления, необходимо проводить натурные исследования и расчеты устойчивости откосов.

Устойчивость бортов карьеров

Лаборатория устойчивости бортов карьеров им. Г.Л. Фисенко ОАО «ВНИМИ» выполняет широкий спектр научных и практических исследований.

Геомеханические рекомендации:

• по инженерно-техническим решениям и мероприятиям для повышения устойчивости склонов и откосов;
• по мероприятиям для устранения последствий деформационных явлений;
• по организации и внедрению систем мониторинга деформаций на карьерах и отвалах.

Геомеханические исследования

• Определение геомеханических доменов на основе анализа данных о геологических структурах месторождения.
• Оценка влияния гидрогеологических условий на устойчивость бортов и уступов карьера.
• Полевые геомеханические исследования (инспекции, картирование).
• Проведение натурных испытаний физико-механических свойств горных пород.
• Лабораторные испытания физико-механических свойств горных пород.
• Анализ и интерпретация результатов геофизических исследований.

Геомеханические модели

• Создание геомеханических моделей месторождения на основе литологических, структурных и гидрогеологических данных.
• Создание геомеханических баз данных.

Геомеханические расчеты

• Расчеты устойчивости бортов и уступов карьера (в том числе с учетом рисков).
• Расчеты устойчивости отвалов (внешних и внутренних) и складов, в том числе нагруженных горнотранспортным оборудованием или другими объектами.
• Расчеты устойчивости склонов, выемок и насыпей при строительстве и эксплуатации сооружений.
• Расчеты устойчивости дамб гидротехнических сооружений.
• Кинематический анализ.
• Расчет ширины призм возможного обрушения.
• Расчеты сейсмического воздействия и влияния БВР на устойчивость бортов и уступов карьера.

Устойчивость бортов карьеров и отвалов является одним из основных вопросов при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.

При значительных глубинах открытых разработок особенно актуальными становятся максимальные параметры бортов, уступов и отвалов при обеспечении безопасности горных работ. Необходимо также оценивать безопасные условия ликвидации открытых горных выработок при завершении горных работ.

Устойчивость откосов зависит, в основном, от прочности вмещающих пород, условий их залегания, тектонического строения и гидрогеологических условий прибортового массива. Для месторождений, расположенных в Сибири и Дальнем Востоке, где сейсмичность района достигает семи и более баллов, ее влияние на устойчивость откосов следует учитывать в расчетах.

Литература

• Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. – М.: Недра, 1965.
• Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. — СПб.: ВНИМИ, 1998.
• Ермаков И. И., Пустовойтова Т. К., Гурин А. Н., Ермаков О. И.
• Обеспечение устойчивости бортов карьера на месторождении алмазов им. М. В. Ломоносова // Горный журнал. — 2013. — №2. — С. 73-77.