Введение к работе
Актуальность работы. Б настоящее время сеншє 3/4 полезных ископаемых в мире добывается открытым способом как наиболее производительным, экономичным, с лучшими и сравнительно безопасны- ми условиями труда. Актуально** народно-хозяйственной задачей яе-.ляется определение таких параметров стационарных бортов карьеров, которые обеспечивали бы минимально необходимые объёмы вскрыши, безопасное ведение горных работ, искяючаадее сползнєеиє явления, в карьерах и на отвалах, и полноту извлечения запасоЕ из недр.
При освоении месторождений борта карьеров сформируются е массивах горных пород с их различными горно-геологическими условиями-, где существенно меняются физико-механические свойства пород и структурно-литолсгические особенности.горного массива, оказывайте определяющее.влияние на устойчивость карьерных относов. Несмотря на.большо1' объём исследований, выполненных рядом- научно-исследовательских, проектно-конструкторскихи учебных институтов и отдельными исследователями, вопросы обеспечения устойчивости карьерных откосоЕ в песчанс-глинистых породах, особенно для сложных горно-геологических условий, решены не вполне удовлетворительно , о чём свидетельствуют нередкие случаи оползней и обрушение на карьерах.
Для различных горно-геологических условий, рядом учёных разработаны геомеханические модели прибортовых массивов и соответствующие иы расчётные схекы, позволяющие определять параметры устойчивых карьерных откосое аналитическим, графическим либо графоаналитическим способами. Б последнее время в связи с развитием вычислительно- техники неходит применение более прогрессивны? численно-аналитически'? способ расчёта, шторы" не получил ещё достаточно широкого распространения. Поэтому вопросы обоснования и разработки геомєхакичєских моделе'* и расширения области применения
численно-аналитического способа расчёта устойчивости карьерных откосов в песчано-глинистых породах являются весьма актуальными.
Исследования проводились е соответствии с хоздоговорной тематико"* научно-исследовательских работ, обусловленное координационными планами НАН РК и отраслевыми министерствами.
целью работы является повышение эффективности открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых. путём установления рациональных параметров карьерных откосов на базе усовершенствованного численно-аналитического способа расчёта.
Идея работы заключается в применении теории предельного равновесия при математическом описании геомеханических процессов в прибортовом песчано-глинистом массиве для установления местоположения поверхности скольжения и параметров призмы возможного обрушения на основе комплексного учёта ряда природных и техногенных услови* месторождение.
Задачи исследование: разработка горно-геометрическое модели прибортового песчано-глинистого массива в сложных горно-геологических условиях; разработка геомеханических (расчётных) моделей прибортоЕого массива на базе численно-аналитического способа расчёта устойчивости карьерных отгосое с учётом основных природных и техногенных факторов; совершенствование существующих методов изучения Физико-механических свойств пород прибортового массива а разработка методики установления расчётных показателей прочностных сеойств пород, соответствующих выбранной геомеханической модели.
Методы исследований включали: анализ и обобщение литературных источников; натурные маркшеЗдермсо-геодезические наблюдения за сдвижением откосое карьерой и отвалов; теоретические исследования, выполненные с использованием математического аппарата теории предельного равновесия при разработке основ численно-аналитических способов расчёта устойчивости карьерных откосов; зналитико-математические
методы с применением вычислительной техники; технико-экономический анализ и опытно-промышленная проверка результатов исследований. Проведённые исследования основаны на системном подходе и носят комдлексньй характер.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Геомеханическне модели прибортовых массивов, адекватные' реальным горно-геологическим условиям, обладают системными свойствами. Их взаимосвязанные элементы (структурная модель, механическая модель, физико-механические свойства пород массива] изучаются с детальностью, необходимой для опенки рассматриваемой системы.
-
Установлено, что устойчивость реальных карьерных откосов должна оцениваться коэффициентом запаса устойчивости, определяемым как отношение расчётных прочностных характеристик к предельным. Параметры устойчивых свободных и нагруженных откосов определяются на основе решения интегрального уравнения предельного равновесия, призмы возможного обрушения.
-
Использование"численно-аналитического способа обратных расчётов оползней в неоднородном массиве в комплексе с лабораторными или натурными испытаниями позволяет определить расчётные показатели прочностных свойсте пород для каждой литологической разности прибортового массива практически с то* же степенью обоснованности, что и результаты обратных расчётов*
Новые научные результаты.
-
Обоснование геомеханических моделей "однородный массив", "неоднородный массив"-и "нагруженные откосы"-/'при условии выпора основания).
-
Методика расчёта параметров предельных откосов и оценки устойчивости реальных отшсое, базирующаяся на основных положениях теории предельного равновесия, для геокеханяческих моделе* однородного и неоднородного массивов и нагруженных откосов.
3.-Методика определения расчётных характеристик прочности пород дрибортового массива путём комплексного анализа результатов лабораторных (натурных) испытаний и обратных расчётов оползней откосов.
Обоснованность и достоверность научных соложение, енводов и рекомендации подтверждается системным характером исследование, маркшейдерскими наблюдениями .за состоянием откосов карьеров и отвалов, теоретическими исследованиями, основанными на математическом аппарате теории предельного равновесия, технико-экономическим анализом, достаточной сходимостью теоретических исследований с практическими результатами промышленво-экспериментальной проверки на производстве, материалами внедрения результатов исследований .
Практическое значение, имеют:
-
Способы расчёта устойчивости свободных и.нагруженных карьерных откосое в песчано-глинистых породах.
-
Алгоритмы и пакет прикладных программ, позволяющие повысить точность и объективность расчётов параметров карьерных откосое и снизить их трудоёмкость.
Реализация работы. Расчётные схемы и способы расчёта параметров устойчивых карьерных откосов, реализованные в программах SPSP0/ , SP5&3 , 5PSP51 использованы в нормативном документе "Временные методические указания по управлению устойчивостью бор-тое карьеров цветной металлургии" (М.: УНШРОмедь, 1989J.
Программы SPSP/t, SPSP51, SP0S0S33 , SPBB3 но
расчёту устойчивости карьерных откосов для различных геомеханических моделей и расчётных схегл переданы и используются научно-исследовательбкими и проектными институтами: ВИСГШ и ГШРСтает-мет. Программа SP0S(j2k использована для установления расчёт-
ных показателей прочности пород прибортового массива и отвалов по результатам съёмок оползней произошедших на карьерах и отвалах Канарского ГОКа, Тургайского бокситового рудоуправления, рудника "Алпыс".
Результаты расчётов свободных и нагруженных откосов использованы при составлении рабочего проекта реконструкции карьера "Алпыс" в сеязй с приростом запасов (issi г.), разработке паспорта ствалообразовавия на карьере "Алпыс" (isgi г.], при разработке ТЭО кондиций и составлении рабочего проекта на.отработку Чиганакского месторождения барита (IS9I г.), составлении проекта реконструкции Аккадского карьера (IS88 г.), разработке паспорта отЕЗлообразования на Аккадском руднике (IS87 г.). Обоснование параметров Аккадских огезлое дало реальный экономический эффект 77,8 тыс.руб.(в ценах І988 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Карагандинского политехнического института (lg85-IS9<; г*г.), на , территориальной научно-технической конференции "Прогнозная оценка инженерно-геологических условий при открытой разработке месторождений Урала" (г.Сеєрдооеск, 1982 г.) ; У Всесоюзной конференции молодых учёных "Интенсификация горнорудного производства" (г.Екатеринбург, IS9I г.); технических совещаниях в институте "СРЕДАЗНЖІР0іп5еткєт"Сг.Ташкент, IS87 г.); институте "КазГИНалиаз-золото" (г.Алматы, І98.І г.) и ИГО "Юкказгеология" (г.Алматы, 199W
Публикаций. По теме диссертации опубликовано II работ.
Объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содернит 21 рисунок, 9 таблщ, список использованных источников из 124 наименований и 3 приложения.
