Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров

Досліджено вплив геолого-структурних особливостей прибортового масиву на безпечність відкритої розробки при формуванні та розносі тимчасово неробочих бортів кар’єру....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2011
Hauptverfasser: Слободянюк, В.К., Перегудов, Ю.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2011
Schriftenreihe:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99706
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров / В.К. Слободянюк, Ю.В. Перегудов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 358-365. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-99706
record_format dspace
spelling irk-123456789-997062016-05-03T03:02:39Z Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров Слободянюк, В.К. Перегудов, Ю.В. Досліджено вплив геолого-структурних особливостей прибортового масиву на безпечність відкритої розробки при формуванні та розносі тимчасово неробочих бортів кар’єру. Effect of geological and structural features of the cut-off solid on safety of an openpit when shaping and cutting the temporary non-mining pitwalls has been investigated. 2011 Article Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров / В.К. Слободянюк, Ю.В. Перегудов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 358-365. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99706 622.271 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Досліджено вплив геолого-структурних особливостей прибортового масиву на безпечність відкритої розробки при формуванні та розносі тимчасово неробочих бортів кар’єру.
format Article
author Слободянюк, В.К.
Перегудов, Ю.В.
spellingShingle Слободянюк, В.К.
Перегудов, Ю.В.
Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Слободянюк, В.К.
Перегудов, Ю.В.
author_sort Слободянюк, В.К.
title Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
title_short Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
title_full Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
title_fullStr Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
title_full_unstemmed Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
title_sort учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2011
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99706
citation_txt Учет геолого-структурных особенностей прибортовых массивов при проектировании железорудных карьеров / В.К. Слободянюк, Ю.В. Перегудов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 1. — С. 358-365. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT slobodânûkvk učetgeologostrukturnyhosobennostejpribortovyhmassivovpriproektirovaniiželezorudnyhkarʹerov
AT peregudovûv učetgeologostrukturnyhosobennostejpribortovyhmassivovpriproektirovaniiželezorudnyhkarʹerov
first_indexed 2025-07-07T09:48:56Z
last_indexed 2025-07-07T09:48:56Z
_version_ 1836981144346689536
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 358 УДК 622.271 УЧЕТ ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРОВ Слободянюк В. К., Перегудов Ю. В. (Криворожский национальный университет, г. Кривой Рог, Украина) Досліджено вплив геолого-структурних особливостей при- бортового масиву на безпечність відкритої розробки при форму- ванні та розносі тимчасово неробочих бортів кар’єру. Effect of geological and structural features of the cut-off solid on safety of an open-pit when shaping and cutting the temporary non- mining pitwalls has been investigated. Проблема и ее связь с научными и практическими зада- чами. Поэтапная открытая разработка крутопадающих место- рождений сопровождается работами по формированию и разносу временно нерабочих бортов. Высота участка временно нерабоче- го борта между смежными по высоте рабочими зонами карьера достигает 60-100 м, угол откоса временно нерабочих бортов ра- вен углу откоса нерабочего борта и существенно превышает угол откоса рабочего борта. При этой системе разработки особую роль играют вопросы учета особенностей залегания рыхлых и плотных пород в прибортовом массиве, которые оказывают существенное влияние на устойчивость борта карьера и на обеспечение без- опасных условий производства горных работ. В отечественной практике проектирования не принято выделять в проекте карьера промежуточные этапные контура, и соответственно, влиянию ло- кальных особенностей залегания горных пород на устойчивость борта карьера не уделяется достаточного внимания. Это лишает Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 359 горных инженеров проектного обоснования для разрешения гор- нотехнических ситуаций, требующих в определенные периоды времени изменения конструкции борта карьера и кратковремен- ного повышения эксплуатационного коэффициента вскрыши. Анализ исследований и публикаций. В исследовании [1] управляемым параметром является угол откоса уступа. В этом случае существует множество вариантов сочетания параметров уступов, слагающих оцениваемый борт карьера, которые имеют близкие значения коэффициента запаса устойчивости. Но многие из этих вариантов изначально не являются технологически целе- сообразными, особенно те, в которых нижние уступы борта име- ют пологий откос уступа, а необходимый коэффициент запаса устойчивости борта карьера достигается увеличением угла откоса верхних уступов, обычно сложенных рыхлыми и плотными по- родами. Известно, что технико-экономические показатели открытой разработки будут наилучшими при максимально допустимом уг- ле откоса нерабочего борта карьера. Угол откоса уступа в данном случае не является неизвестной искомой и оптимизируемой ве- личиной, в большинстве случаев значения углов откоса уступов, обеспечивающих их краткосрочную и долгосрочную устойчи- вость, известны из проекта разработки и уточнены в ходе эксплу- атации карьера. Актуальной научно-производственной задачей является определение минимального количества и ширины предохрани- тельных берм, обеспечивающих нормативное значение запаса устойчивости борта карьера. Особенно это важно в случаях, ко- гда соблюдение нормативных параметров берм безопасности не обеспечивает безопасных условий производства горных работ в конкретных горно-геологических условиях. Постановка задачи. Целью работы является совершенство- вание поэтапной системы разработки за счет обоснования без- опасной конструкции временно нерабочего борта карьера на ос- нове учета геолого-структурных особенностей строения прибор- тового массива горных пород и неопределенности информации об их физико-механических свойствах. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 360 Изложение материала и результаты. Механико- математической основой современных методов расчета устойчи- вости откосов является теория предельного равновесия «сыпучей среды». Для практического использования в расчетах устойчиво- сти откосов применяются методы, основанные на том, что пре- дельное равновесие в откосе удовлетворяется не во всех точках некоторой области массива, а лишь по ее внутренней границе (по наиболее напряженной поверхности скольжения) [4]. Известно, что физико-механические свойства горных пород носят вероят- ностный характер, они зависят от степени обводненности масси- ва и изменяются на протяжении периода эксплуатации карьера. Граница плотных и скальных пород во многих случаях не являет- ся горизонтальной плоскостью. В зависимости от наклона этой плоскости по отношению к выработанному пространству карьера при одних и тех же физико-механических свойствах горных по- род оценка устойчивости борта карьера будет различной. Извест- ны примеры (Приазовские железорудные месторождения, место- рождения Правобережной аномалии), когда вдоль линии прости- рания месторождения плоскость кристаллического фундамента имеет многочисленные подъемы и падения, то есть при разработ- ке такого месторождения геомеханические характеристики борта карьера будут постоянно изменяться. Применение геоинформационных технологий компьютерно- го моделирования [2, 3] позволяет оптимизировать параметры горных выработок, ускоряет процесс определения рациональной конструкции борта карьера и повышает обоснованность проект- ных решений. В настоящем исследовании использовалась сту- денческая версия программы GeoStudio 2007. Информационной основой численного эксперимента явля- ется математическая модель борта карьера и прибортового мас- сива горных пород с учетом физико-механических свойств гор- ных пород и положения основных водоносных горизонтов. Од- ной из задач данной работы являлось исследование закономерно- стей изменения коэффициента запаса устойчивости борта карьера при изменении параметров залегания пластов плотных (глина, каолин) и скальных пород, слагающих прибортовой массив. Были построены и изучены три упрощенные модели борта карьера: Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 361 1) прибортовой массив сложен пластами пород, падение ко- торых направлено в сторону выработанного пространства карье- ра; 2) прибортовой массив сложен горизонтально залегающими пластами горных пород; 3) прибортовой массив сложен пластами пород, падение ко- торых направлено вглубь массива горных пород. Для каждой из упрощенных моделей определена высота борта карьера, угол откоса пород, его слагающих, физико- механические свойства горных пород (плотность, угол внутрен- него трения, сцепление пород). Положение контактов горных по- род в плоскости откоса борта карьера во всех моделях принято одинаковым. Зона скальных пород в данном исследовании счита- ется устойчивой и угол откоса борта карьера определялся только в рыхлых и плотных пород. Рациональные параметры борта карьера определяются в хо- де последовательных итераций, уменьшающих угол откоса борта карьера до достижения значения, обеспечивающего в конкретных горно-геологических условиях нормативный коэффициент запаса устойчивости. После определения безопасного угла откоса борта карьера строится ступенчатый профиль, состоящий из уступов (с задан- ным углом откоса уступа) и количеством берм безопасности, об- щая ширина которых определяется высотой борта и разностью начального и безопасного углов откоса борта карьера. Основным предположением нашего исследования является гипотеза о значительном влиянии на безопасность, технологию и технико-экономические показатели открытой разработки геоло- го-структурных особенностей прибортового массива, в частности угла падения пластов горных пород по отношению к борту карь- ера. Основным способом устранения опасной геомеханической ситуации является изменение геометрии борта карьера за счет интенсификации вскрышных работ на опасных направлениях. Было исследовано 5 упрощенных моделей борта карьера, в кото- рых последовательно изменялся угол наклона пласта песчано- глинистых пород по отношению к выработанному пространству карьера. Угол наклона пласта пород изменялся от - 12° до +12° Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 362 (отрицательный (-) угол наклона в данном случае означает паде- ние пластов в выработанное пространство карьера, положитель- ный (+) угол – падение пластов вглубь прибортового массива). Зону скальных пород считаем устойчивой, угол укоса борта карьера оптимизируем только в зоне расположения рыхлых и плотных пород. Угол наклона борта карьера принят равным 35° и не изменялся в ходе проведения исследований. Высота рассмат- риваемого участка борта карьера – 50 м. С целью установления зависимости коэффициента запаса устойчивости от физико-механических свойств горных пород с учетом угла падения геологических тел были выполнены две группы численных экспериментов на упрощенных моделях. Первая группа экспериментов. Управляющими переменны- ми являются угол внутреннего трения φ и угол падения геологи- ческих слоев: угол внутреннего трения φ изменялся в диапазоне от 20° до 30°, угол падения геологических слоев α от -12° до +12°. Сила сцепления и удельный вес принимались неизменны- ми: 75 КПа и 2,2 т/м3 соответственно. Вторая группа экспериментов. Управляющими переменны- ми являются сила сцепления С и угол падения геологических слоев α: сила сцепления изменялась в диапазоне от 50 КПа до 100 КПа, угол падения геологических слоев от -12° к +12°. Угол внутреннего трения φ и удельный вес принимались неизменны- ми: 25° и 2,2 т/м3 соответственно. Анализ результатов исследования (рис. 1, 2) подтверждает наличие влияния на коэффициент запаса устойчивости борта ка- рьера направления падения пластов горных пород относительно выработанного пространства. На рис. 1 показано изменение ко- эффициента запаса устойчивости борта карьера в зависимости от угла падения пород α, при изменении значения угла внутреннего трения в диапазоне от 20 до 30°. Аналогично на рис. 2 показано изменение коэффициента запаса устойчивости в зависимости от угла падения α, при изменении силы сцепления в диапазоне от 50 до 100 КПа. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 363 Рис. 1. Изменение коэффициента запаса устойчивости (К) временно нерабочего борта в зависимости от угла падения (α) стратиграфических слоев, при изменении угла внутреннего трения φ: 1 - 30°; 2 - 25°; 3 - 30° Выполненные исследования позволили установить зависи- мость коэффициента запаса устойчивости борта карьера от физи- ко-механических свойств горных пород и геолого-структурных особенностей массива для упрощенных условий. Установлено, что при изменении угла падения геологиче- ских пластов от -12° до +12° коэффициент запаса устойчивости изменяется в среднем на 11,63 %. В первой группе эксперимен- тов, где изменялся угол внутреннего трения, этот показатель со- ставил 10,95 %. Во второй группе – 12,32 %. При максимальных значениях угла внутреннего трения и силы сцепления значения коэффициента устойчивости превыша- ют 1,2. При минимальных значениях угла внутреннего трения и силы сцепления значения коэффициента устойчивости меньше 1,2. Наименьшее значение коэффициента запаса устойчивости (0,98) получено при угле внутреннего трения равном 25°, угле падения геологических слоев (-12)°, силе сцепления 50 КПа и удельном весе 2,2 т/м3. 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 К -12 -6 0 6 α 1 2 3 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 364 Рис. 2. Изменение коэффициента запаса устойчивости (К) временно нерабочего борта в зависимости от угла падения (α) стратиграфических слоев, при изменении силы сцепления: 1 - 100 КПа ; 2 - 75КПа; 3 - 50 КПа В случае, когда физико-механические свойства горных по- род имеют средние значения (φ = 25°, с = 50 КПа, ρ = 2,2 т/м3), коэффициент запаса устойчивости борта изменяется от 1,17 до 1,337. При α = 0° коэффициент запаса устойчивости равен 1,231, что отвечает требованиям безопасности. Но при α < 0° коэффи- циент запаса устойчивости равен 1,17 – 1,19, что меньше норма- тивного значения. При α = +12°, коэффициент запаса устойчиво- сти борта карьера равен 1,337, что удовлетворяет условиям дол- говременной устойчивости борта карьера. Результаты моделирования показывают, что при оценке в проекте параметров борта карьера необходимо учитывать не только физико-механические свойства горных пород, но и геоло- го-структурные особенности прибортового массива. Так как в реальных горно-геологических условиях сбор до- стоверной информации о свойствах пород является сложной, до- рогостоящей, а иногда и неосуществимой задачей, данная мето- дика позволяет быстро и эффективно смоделировать множество 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 K -12 -6 0 6 α 1 2 3 Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина I), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part I), 2011 365 возможных вариантов поведения борта карьера. Таким образом, даже при неточных или недостающих данных, появляется воз- можность определить вероятную область возможных оползней и обрушений борта карьера. Выводы и направления дальнейших исследований. Раз- работана методика обоснования в условиях неопределенности данных о свойствах прибортового массива горных пород кон- структивных параметров борта карьера, обеспечивающих без- опасное производство горных работ. Результаты моделирования показывают, что при оценке в проекте параметров борта карьера необходимо учитывать не только физико-механические свойства горных пород, но и параметры залегания пород в прибортовом массиве. В дальнейших исследованиях будут проанализированы и исследованы наиболее типичные примеры геологического строе- ния прибортовых массивов горных пород с целью разработки ре- комендаций по выбору безопасной конструкции борта карьера. СПИСОК ССЫЛОК 1. Летучий В.В. К оптимизации параметров бортов открытых горных выработок // Науковий вісник НГУ. – 2010. – № 4. – С. 64 – 67. 2. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ. – М.: Издательство МГУ, 2003. – 473 с. 3. Попов В.Н., Шпаков П.С., Знаков Ю.Л. Управление устойчи- востью карьерных откосов. – М.: Издательство МГУ, 2008. – 683 с. 4. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. – М. Недра, – 1965. – 375 с.