16 Ожигин КарГТУ тезисы

УДК 622.83
Ожигин С.Г. (Караганда, КарГТУ),
Низаметдинов Ф.К. (Караганда, КарГТУ),
Ожигина С.Б. (Караганда, КарГТУ),
Ожигин Д.С. (Караганда, КарГТУ)
УПРАВЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТЬЮ КАРЬЕРНЫХ ОТКОСОВ
Проблема управления устойчивостью прибортовых массивов на карьерах
включает широкий диапазон исследований в области горного дела. Изменения
условий разработки, связанные, в первую очередь, с увеличением глубины карьеров, интенсификацией и концентрацией горных работ требуют постоянного
совершенствования и соответствующей корректировки существующих методов
управления устойчивостью карьерных откосов для предотвращения деформаций.
Методика управления устойчивостью бортов и уступов карьеров включает
решения следующих задач: определение параметров и поддержание в устойчивом состоянии откосов уступов и бортов при минимально возможном объеме
вскрыши; оценка устойчивости откосов при проектировании и корректировке
устойчивых параметров при развитии горных работ в плане и по глубине; оценка фактического состояния откосов и прогноз их устойчивости в процессе эксплуатации; охрана объектов, жизненно важных для горного предприятия; проведение работ по постановке бортов на предельный контур; разработка методики систематического контроля и целенаправленного воздействия на условия и
факторы, определяющиеустойчивость горных пород в откосах; геомеханическое обоснование мер по ликвидации последствий нарушений устойчивости,
контроль за их реализацией и оценка их эффективности; осуществление оперативного контроля за состоянием уступов и бортов карьеров и прогноз нарушений устойчивости откосов от начала строительства до погашения или консервации карьера; внедрение рекомендаций по параметрам устойчивых бортов карьеровв производство на этапе проектирования открытых горных работ на базе
геолого-маркшейдерской информации [1].
Разработка способов и средств управления устойчивостью прибортовых
массивов на карьерах является основной задачей системы геомеханического
мониторинга, решение которой основано на достоверной информации о состоянии и свойствах массива, получаемой непрерывно в процессе эксплуатации
месторождения и выполнения специальных исследований.
Рассмотрим примеры управления устойчивостью прибортовых массивов
карьеров успешно реализованные в последние годы специалистами Карагандинского государственного технического университета (КарГТУ) на крупнейших карьерах Казахстана.
На стадии доработки Николаевского месторождения в рамках концепции
геомеханического мониторинга выполнено конструирование рационального
профиля устойчивого борта карьера (рисунок 1) [2].
I-I
Условные обозначения
Липаритовые порфиты
Туфы среднеобломочные
Туфы глыбовые
Диабазовые порфиты
Глинистые алевролиты
Известково-глинистые
алевролиты
Тектонические нарушения
Руда
Внутренний отвал
Рисунок 1 – Южный борт карьера «Николаевский»
Дополнительные исследования физико-механических свойств горных пород и расчеты устойчивости, выполненные с учетом структурных особенностей прибортового массива для ступенчатого профиля борта и группы уступов,
позволили обосновать для нижней части борта более крутой угол погашения –
55 (проектный 33 ) и использовать на стадии доработки карьера, имеющийся
выше нормативного (n =1,6), запас устойчивости на верхних горизонтах борта
для формирования внутреннего отвала вскрышных пород объемом до 2,6 млн.
м3.Таким образом, исследования, выполненные на стадии доработки карьера,
позволили повысить эффективность открытых горных работ за счет снижения
объемов вскрышных пород (выпуклый профиль борта) и формирования внутреннего отвала на верхних горизонтах карьера [2].
На практике часто возникает задача обеспечения устойчивости карьерных
откосов на конкретный период времени, решение которой основано на определении их предельных параметров с учетом изменения прочности пород с момента обнажения. Задачи такого типа могут быть решены численноаналитическим способом, если установить изменение прочностных характеристик пород от реализации процессов реологического характера с момента образования обнажения.
Принципиальная возможность учета реологических процессов следует из
кинетической теории прочности горных пород [3]. Изменение сцепления горных пород обусловлено изменением их структуры в результате реологических
процессов, происходящих в массиве. Используя результаты теоретических исследований, определены величины сцепления kосновных литологических разностей (выветрелые аргиллиты, аргиллиты, переслаивание песчано-глинистых
пород) прибортового массива для условий Шубаркольского разреза. Изменение
сцепления во времени представлено на рисунке 2 [4].
сж=2,0
МПа
Рисунок 2 – Изменение сцепления во времени
Для получения качественной картины изменения параметров предельных
откосов в зависимости от их срока службы (время нагружения) произведен расчет предельной высоты Hпр., предельного угла αпр. и коэффициента запаса
устойчивости n для заданных типов пород. Решение выполнено с использованием специальной программы sposb33. Изменение параметров предельных откосов во времени составили для предельной высоты Hпр. 1,37÷1,51 раза, для
предельного угла αпр. 1,10÷1,4 раза, коэффициент запаса устойчивости n изменяется в 1,09÷1,23 раза (рисунок 3).
aпред,
50
градус
Hпред,м
300
Н=-8,131Ln t + 353,46
250
a=-1,717Ln t + 71,626
45
200
H = -6,054Ln t + 239,23
150
a=-0,615Ln t + 48,269
40
100
H = -1,726Ln t + 63,913
50
a=-0,434Ln t + 44,261
35
0
12
14
16
18
20
аргиллиты;
выветрелые аргиллиты.
Ln t,с
22
12
14
16
18
20
Ln t,22
с
переслаивание песчано-глинистых пород;
Рисунок 3 – Изменение параметров предельного борта разреза во времени
Приведенные примеры показывают, что имеется достаточно широкий диапазон параметров предельных откосов в зависимости от времени стояния
(нагружения), поэтому можно с успехом управлять временной устойчивостью
откосов на горных предприятиях. Полученные результаты исследований могут
быть использованы при решении ряда оперативно-технологических задач,
например, определение параметров временного внутреннего отвала на заданном участке борта карьера, определение допустимой внешней нагрузки на откос для заданного интервала времени, отработка полезного ископаемого на потенциально неустойчивом участке с последующей засыпкой выработанного
пространства и другие задачи [4].
Для увеличения углов наклона бортов карьеров на проектном контуре рекомендуется проводить искусственное укрепление прибортовых массивов горных пород, позволяющее увеличить углы откосов на участках с менее устойчивыми породами. Упрочнение массива горных пород на ослабленных участках
достигается введением в трещины массива веществ (цементных растворов, силикатов и полимерных смол), которые после отвердевания и схватывания с породой значительно повышают ее прочностные характеристики. Разработаны
методика расчета устойчивости укрепленного откоса в однородном и неоднородном массивах и расчета параметров зоны укрепления прибортового массива.
На основании разработанных методик выполнено обоснование параметров
устойчивых бортов карьера «Нурказган» глубиной 600 м для проектных углов
бортов до 60 - 62 [5].
В июне 2013 г.
на северном борту Центрального разреза АО
«Шубарколькомир» в районе выходов угольных пластов под наносы
(гор.+450,0 м – гор.+425,0 м) произошел оползень. В районе деформаций угол
наклона слабого контакта изменяется от 25 до 37 и более. Деформирование
прибортового массива произошло по слабому угле-породному контакту
(рисунки
4,5).
Методом
обратных
расчетов
оползняопределены
ориентировочные значения прочностных характеристик горных пород: kр=
0,010 МПа; р= 20,5 ;
=1,33 т/м3.
На основании оценки устойчивости фактического состояния борта
разреза по группе уступов с гор. +410,0 м по гор. +450,0 м. установлены
параметры призм упора и величина предохранительного целика. Ширина
призмы упора нагор. + 440,0 м и гор. +425,0 м составляет 25 м. Величина
предохранительного целика от основания насыпи должна быть не менее 25 м
(рисунок 5). При этом коэффициенты запаса устойчивости борта разреза по
возможным поверхностям скольжения находятся в диапазоне 1.56 – 1.90, что
соответствует требованиям Правил обеспечения устойчивости откосов.
Рисунок 4 – Деформации гор.+450,0 м – гор.+425,0 м
Рисунок 5 – Рекомендуемые параметры укрепления борта разреза
Выводы. Решение проблемы управления устойчивостью карьерных откосов при разработке месторождений полезных ископаемых должно носить системный и комплексный характер. Знание закономерностей развития геомеханических процессов в прибортовых массивах на карьерах позволяет регламентировать мероприятия по изменению их состояния и обеспечить экономическую эффективность и безопасность ведения горных работ.
Список использованной литературы:
1. Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б. Управление
устойчивостью прибортовых массивов карьеров // IX Международный научный
конгресс «ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ – 2013», Новосибирск: УГГА, 2013. С. 169 – 173.
2. Шпаков П.С., Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Шпакова
А.П. Формирование отвалов внутри карьерного поля и конструирование устойчивых бортов карьеров при доработке месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. Москва, 2005. - №6. - С. 68–71.
3. Окатов Р.П., Низаметдинов Ф.К., Цай Б.Н., Бондаренко Т.Т. Учет временного и температурного факторов при построении критериев прочности горных
пород // ФТПРПИ, 2003.- №2. - С.38-42.
4. Шпаков П.С., Ожигина С.Б., Цай Б.Н., Ожигин С.Г., Шпакова А.П. Численно-аналитический способ расчета устойчивости карьерных откосов с учетом
временного фактора// Горный информационно-аналитический бюллетень.
Москва, 2005.- № 4. - С. 149–154.
5. Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Старостина О.В. Обоснование параметров
устойчивых бортов карьеров, укрепляемых смолами//Труды университета,
Караганда: КарГТУ, 2007.- № 3. - С.37-39.