Обоснование устойчивости карьерных откосов на основе исследования геомеханического состояния анизотропных массивов

1.

Карагандинский технический университет имени А.Сагинова
Кафедра РМПИ
«ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КАРЬЕРНЫХ ОТКОСОВ
НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ МАССИВОВ»
Докторант гр. ГДД 21: Рымқұлова Арайлым
Руководитель: доктор PhD Зейтинова Ш.Б.
Зарубежный руководитель: к.т.н., доцент Кыргызского государственного
технического университета имени И. Раззакова, Кыргызстан,
Абдиев Арстанбек Раимбекович

2.

Актуальность темы исследования
■ В настоящее время одной из важнейших проблем
горнодобывающей промышленности является обеспечение
устойчивости бортов карьера в связи с особенностями
постоянного роста мощностей предприятия, увеличения
глубины и срока службы месторождения.
■ Отработка запасов месторождений открытым способом
приводит к изменению напряженно-деформированного
состояния массива, что влечет за собой опасность
возникновения оползней или обрушений. Завышенные углы
наклона бортов карьера могут стать причиной обрушения, а
заниженные углы приводят к увеличению объема
вскрышных работ.
2

3.

Цель и идея диссертационной работы
■ Целью диссертационной работы является обеспечение
устойчивости бортов карьера при ведении горных работ на
рудных месторождениях открытым способом на основе
геомеханического
исследования
напряженно–
деформированного состояния массива.
■ Объектом исследования является массив горных пород
карьеров по добыче рудных месторождений и сопутствующие
геомеханические процессы, происходящие при ведении горных
работ открытым способом.
3

4.

Идея работы
■ Идея работы заключается в безопасном и экономический
эффективной разработке сложноструктурных месторождений,
именно в правильности определения конструктивных
параметров бортов карьера, которые зависят от степени
достоверности
определения
физико-механических
характеристик,
структурно-тектонических
особенностей
горных пород, механизма деформирования откосов, а также
правильности выбора методов расчета устойчивости и
мероприятий по ее (устойчивости) обеспечению на всех
стадиях освоения месторождений.
4

5.

Классификация факторов, влияющих на
устойчивость уступов и бортов карьеров
5

6.

Классификация деформаций бортов карьера
Вид
деформации
Осыпь
Обрушение
Оползень
Просадки
Оплывины
Причина
Условие
возникновения
Отрыв отдельных частиц, кусков породы и
скатывание ихк подошве уступа
Выветривание Влияние
взрывов
Угол откоса больше
угла естественного
откоса породы
Отрыв и быстрое смещение больших
объемов породныхмасс, слагающих
откос,активная стадия происходит
практически мгновенно
Завышение угла откоса иливысоты
борта Наличие дизъюнктивных
нарушений и трещин
Падение слоев,
дизъюнктивных
нарушений и
трещин в сторонувыемки
Отрыв и медленное перемещение породных
масс поповерхности скольжения под влиянием
силы тяжести
Наличие в толще породы пластичных
прослойков ислабых контактов
Обводнение пород
При углах наклона
положе 25-35º
Характеристика
Вертикальное опускание прибортовых участков Увлажнение высокопористых отложений
Уплотнение отвалов или засыпанных
рыхлыхпород без образования поверхности
карьеров.
скольжения
Подработка подземнымспособом
Перемещение потока насыщенных водой
рыхлыхпородных масс
Отсутствие водоотводящихустройств
Интенсивное выпадениеатмосферных
осадков
6

7.

Методы расчета устойчивости бортов карьера
■
В исследовании зарубежного ученого Zahri
Farid (Алжир) было показано, что он
использовал
следующие
классические
методы расчета устойчивости откосов уступов
с
кинематическим,
геомеханическим
анализом
и
анализом
предельного
равновесия для оценки стабильности карьера
по добыче известняка Шуф - Амар (Алжир) и
установить диагностику стабильности и
амплитуд движений.
В данной работе рассчитали классификации
RMR, которая показала, что горная масса
карьера состоит из прочных и слабых пород.
Результаты геомеханического обеспечения
показывают, что на карьере наблюдаются
возможные деформаций (плоские, клиновидные,
наклонные). Различные режимы потенциальной нестабильности были охарактеризованы с помощью
кинематического анализа. Предельное равновесие исследование доказывает, что взрывные работы приводят
к снижению коэффициента запаса прочности (Fs). Это отражается в появлении трещин, деформации
влияющих на долгосрочную стабильность месторождения.
7

8.

Методы расчета устойчивости бортов карьера
■ Анализируя методы предельного равновесия в статье
зарубежного ученого Ping Zou (Китай) на примере
оловянного рудника Учанпин, расположенный в провинции
Хунань.
Этот
анализ
обеспечивает
коэффициент
безопасности, определяемый как отношение доступного
сопротивления сдвижения к требуемой равновесии. В
качестве
метода
предельного
равновесия
были
использованы метод Феллениуса, упрощенный метод
Бишопа, упрощенный метод Янбу и метод Спенсера.
■ Основываясь на конкретных инженерных примерах,
несколько методов геотехнического анализа включают:
RMR (RMR рейтинг Бенявского), Q-система (Q-система
Бартона), MRMR (оценка массы горных пород Лаубшера)
были использованы для определения и описания свойств
массива горных пород.
■ Восточный борт карьера имеет слой гранитной коры
выветривания. Гранит, который образовался внутри сильно
выветрившегося
слоя,
способствует
образованию
зернистого структурированного слоя.
Предварительно рассчитанный коэффициент
безопасности потенциальной поверхности
скольжения из строительных чертежей в разделе
78 с учетом дождя и без осадков
8

9.

Методы расчета устойчивости бортов карьера
■ Существующая
методика,
предложенная
профессором Омирзаком Сабденбекулы метод «ОС
БАБО» позволяет определять развитие зоны
сдвижения и деформации до поверхности земли.
Для определения возможных зон деформирования
необходимо построить паспорт прочности и
кривые линии скольжения 3-х семейств.
Основные этапы оценки напряженно-деформированного
состояния массива горных пород
Паспорт прочности горной породы
9

10.

Методы расчета устойчивости бортов карьера
Все
эти
кривые
линии
скольжения
характеризующие зоны сдвижения горных пород
используются при определении напряженнодеформированного состояния массива горных
пород.
Совокупность
трех
семейств
кривых
характеризует в земной коре непрерывное поле
напряжений, поэтому кривые, построенные на
геологическом
разрезе,
не
являются
единичными.
Кривые на профилях являются последними
границами смещающихся объемов массива в
сторону выработанного пространства. Кривые
поверхностей сдвигов строятся отдельно для
каждого типа горных пород, слагающие массив
на рассматриваемом участке.
Кривые линий трех семейств, характеризующие
поверхность скольжения горных пород
10

11.

Распространение
деформаций уступов и
бортов карьера
Акбастау
Для установления причин деформаций
были выполнены: визуальные
обследования деформаций; съемка
трещиноватости массива на отдельных
участках; кинематический анализ
устойчивости уступов в разных
секторах карьера; анализ имеющихся
данных о прочностных свойствах
пород и нарушенности массива по
данным бурения шести геотехнических
скважин; построение 3D модели
тектонических разломов; анализ
результатов лазерного сканирования
бортов карьера; анализ результатов
инструментального мониторинга
сдвижения отдельных участков бортов
11

12.

Выявление типов деформаций уступов по
данным визуальных обследований
Визуальными обследованиями установлено, что в
карьере Акбастау наблюдаются все возможные типы
деформаций уступов:
■
плоское скольжение по трещинам, падающим в
карьер;
■
клиновидные вывалы по пересекающимся
секущим трещинам;
■
опрокидывание слоев и блоков по трещинам,
падающим в массив;
■
осыпи выветрелых или раздробленных пород в
зонах разломов.
12

13.

По керну геотехнических скважин институт
ВНИИцветмет определил прочностные
свойства пород
Средняя прочность пород при сжатии
по имеющимся ограниченным
данным составляет:
■
в сухом состоянии – 47 МПа
(коэффициент крепости f = 5);
■ в обводненном состоянии – 31
МПа (коэффициент крепости f = 3).
Т.е. вмещающие породы, слагающие
борта карьера, обладают средней
крепостью. Однако, при обводнении
породы теряют свою прочность,
сильно размягчаются (средний
коэффициент размягчаемости - 0,65) и
становятся малой крепости.
13

14.

Месторождение «Жайрем»
■ В 2015 году на участках Западный утратил устойчивость на
локальных местностях. Компания SRK Consulting провела
исследования на открытом руднике и составила список
сильных и слабых пород.
Процентное распределение типов пород
14

15.

Месторождение «Жайрем»
■ Нормы проектирования РК четко определяют необходимое количество и виды
испытаний для каждого конкретного геологического домена. На Жайремском
месторождении отчетливо выделяется 7 геологических зон:
■ • Перекрывающая толща/грунты и выветрелые (OVBD, WTCLDB) или
окисленные, с точки зрения отработки, породы;
■
• 5 скальных (SILT, TUFF, LIM, LMSL, Other) или сульфидных, с точки зрения
отработки, типов пород.
Порода
Плотность,
г/см3
Предел прочности при
одноосном растяжении,
МПа
Предел прочности
при одноосном
сжатии, МПа
Сила
сцепления,
МПа
Угол внутренного
трения, град.
Перекрывающая
толща
Выветрелые
породы
2,01
Известковый
алевролит
2,74
10,23
72,64
32,79
21,06
Известняк
2,71
7,86
94
33,88
17,09
Среднее
2,70
10,86
76
33,29
19,67
15

16.

Результаты исследования
■ ПО Slide анализирует
устойчивость поверхностей
скольжения с
использованием методов
предельного равновесия с
вертикальным или
невертикальным срезом
(Например Бишопа, Джанбу,
Спенсера, Сармы и т.д.)
Можно проанализровать
отдельные поверхности
скольжения или применить
методы поиска для
определения критической
поверхности скольжения
данного уклона.
16

17.

Результаты исследования
Результат анализа предельного равновесия
0,801
0,178
Результат анализа предельного равновесия
от 0,8 до 1,2
17

18.

Заключение и планы
■ Литературный обзор произведен, выявлены методы определения величин по устойчивости
бортов карьера открытым способом. В дальнейших планах изучить программу K-Mine для
математического моделирования.
■ На данный момент провежу расчеты в программе Slide.
Публикации
• На рецензии одна статья КОКСОН в Горный журнал Казахстана на тему: «МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ»
• Выпущен тезис в Международной научно-практической конференции «Формирование интеллектуального
капитала в условиях цифровой трасформации: опыт, вызовы, перспективы» на тему «ТАУ ЖЫНЫСТАРЫНЫҢ
КЕРНЕУЛІК ЖАҒДАЙЫН БАҒАЛАУДЫҢ ӘРТҮРЛІ ӘДІСТЕРІН ҚОЛДАНУ МҮМКІНДІКТЕРІ»
• Выпущен тезис на конференцию Сагиновские чтения на тему «ТАУ ЖЫНЫСТАРЫНЫҢ МЫҚТЫЛЫҚ ҚҰЖАТЫ
ЖӘНЕ МЕХАНИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ»
• Свидетельство о внесений сведений в государственный реестр прав на объекты на тему «ВОЗМОЖНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДИК ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД»
• Публикация научной статьи в журнале Mining of Mineral Deposits входящих в базу данных Scopus на тему:
«RESEARCH INTO DEFORMATION PROCESSES IN THE ROCK MASS SURROUNDING THE STOPING FACE WHEN MINING
SLOPING ORE DEPOSITS»
• Выпущен тезис в Международной научной конференции Интерэкспо Гео-сибирь на тему «ПРИМЕНЕНИЕ
ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ »
18

19.

Спасибо за внимание!