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....
Gespeichert in:
Datum: | 2011 |
---|---|
Hauptverfasser: | , |
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 Ukraineid |
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.
|