Введение к работе
Атуальваапь рзбопл. Б связи с увеличением глубины открытых гор-работ, вовлечением в разработку новых месторождений и участков со жными горно-геологическими условиями, применением новых технологий использованием мокнсго вскрышного и добычного оборудования особое чение приобретают вопросы, связанные с обеспечением устойчивости осов открытых гсрных выработок. Степень устойчивости бортов карь-б обуславливает основные параметры открытой разработки: глубину ьера, углы погашения бортов, схему вскрытия, систему разработки и емы вскрышных работ. Учитывая, . что удельный вес открытого способа работки превышает 70%, становится понятным, какое значением присб-ает проблема устойчивости бортов карьеров и отвалов для развития но-добывающей промышленности.
Одним из основных Еопрооов, оказывающих существенное влияние на ение проблемы устойчивости карьерных откосов, является вопрос о сабах расчета параметров устойчивых откоссз, оценки их точности и. ежкссти в соответствующих горно-геолсгических условиях разработки торсдденик. Актуальность этого вопроса для открытач торных раарабс-;, особенно на стадии проектирования карьеров и разрезов, определя-я двумя основными факторами:
- необходимостью обеспечения устойчивости бортов карьеров, кото-.<
мсгут формироваться в самых разнообразных горно-геологических и
но-техничеоких условиях разработки,от простых до сложных и весьма жкых. когда существующими методами рэгчета оценить степень устойчи-тп бортов и их надежность сколько-нибудь достоверно практически ьзя;
- возможностью увеличения экономически целесообразной предельной
бины открытой разработки месторождений до ЄСС-700 м со сроком служ-
нерабочих бортов карьеров до 50-70 лет на базе использования совре-
ксго горно-добывающего и гарно-транспортного с5срудоиания.
Е .атих услон::лк точность и надежность определением параметров ус-чивых карьерных откосов имеет перзастепенное значение,поскольку ,е незначительное (1-2) увеличение угла наклона бортов приводит к жению объемов Ескрыии на десятки млн.м3, а с другой стороны может ысить вероятность возникновения оползней и обрушений откосов, что зыЕает существенное влияние на безопасность ведения горных работ и ноту извлечения полезных ископаемых.
Актуальность исследований по данной теме подтверждается непосредственной их связью с отраслевыми научно-техническими программами: задание Q3.01.H , этап HI "Разработать к внедрить надежные научные методы управления устойчивостью карьерных откосов" - постановление ГКНТ от 10.03.86 г. N 56; отраслевая научно-техническая программа Ш-20Г "Создать расчетные методы, инженерные решения и технические средства, обеспечивающие надежное управление устойчивостью бортов карьеров" (письмо вам.министра цветной металлургии СССР АК-12497/40 от 9.08.94 г.); координационные планы АН КааССР (постановление Президиума АН КааССР N 202 от 14.12.83г.) и НАН Республики Казахстан по государственной программе ГП06 "Создание научных основ прогрессивных технологических систем и агрегатов для разработки месторождений полезных ископаемых, адаптивных к внешней среде" (постановление Президиума НАН РК N 33 от 7.04.93 г.).
Цвлью работ является создание вероятностного способа решения задач устойчивости карьерных откосов, применение которого позволит обеспечить заданную точность и надежность определения параметров карьерных откосов, необходимых для эффективной и безопасной отработки месторождений открытым способом.
Идея работы заключается в переходе от. детерминированных способов оценки устойчивости карьерных откосов к вероятностным, позволяющим определять надежность коэффициента запаса устойчивости с учетом коррелируемое прочностных показателей сцепления и углз внутреннего трения и получать параметры предельных откосов при заданном уровне риска. Задачи исследований;
-
Определить предмет, объекты и методы оценки устойчивости карьерных откосов.
-
Создать основы вероятностного способа решения задач устойчивости карьерных откосов, позволяющих определять параметры предельного откоса с заданным уровнем риска- (надежности) и коэффициент запаса, устойчивости с оценкой его погрешности.
к, гаэраоотать методику uu^ZZ^YJ1. погрешности параметров сопротивления пород сдвигу по результатам лабораторных, натурных испытьь;;:; и на стабилометрах.
-
Установить влияние погрешности параметров сопротивления пород сдвигу на коэффициенты запаса устойчивости и уровень риска обрушения карьерных откосов.
-
Обосновать необходимый коэффициент запаса устойчивости для
цветного откоса в зависимости от уровня риска.
Методы исследований включали: анализ и обобщение литературных ис-шиков; лабораторные и натурные испытания горных пород, обратные ;четы оползней обрушений откосов при обосновании расчетных показате-[ физико-механических свойств пород; теоретические исследования, вишенные с использованием математического аппарата теории предельного шовесия при разработке методов расчета, теории логрезноотей, мате-ической статистики и корреляционного анализа при обработке резуль-ов измерений, теории вероятностей при разработке вероятностного ісоба решения задач устойчивости; натурные марктейдерско-гесдезичес-> наблюдения за деформациями горных пород в- карьерных откосах; ана-'ико-математические методы с применением ЭВМ; технико-экономический їлиз и прсмышленко-экспериментальная проверка результатов исследова-[ на карьерах.
Научные полояевия, выносимые на защиту:
-
Учет коррелируемости показателей прочности (сцепления к так-:са угла внутреннего трения) пород при определении погрешности соп-'ивления пород сдвигу позволяет достоверно обосновать границы дове-'ельного.интервала сопротивления пород сдвигу для любых значений мальнсй нагрузки при заданной доверительной вероятности.
-
Минимальный коэффициент запаса устойчивости для реального Сор-карьера определяется с учетом коррелируемости показателей прочности од по нижней границе доверительного интервала при заданной довери-ьной вероятности (надежности;, а параметры предельного откоса - при .чении нижней границы этого коэффициента, равном единице.
-
Надежность устойчивости реального борта карьера оценивается по ффициенту запасз устойчивости, определяемому как отношение среднего ротивления пород.сдвигу (рассчитанного с использованием нормативных чностных характеристик пород) по потенциальной поверхности скольже-
в откосе, приведенном в предельное состояние, к среднему каса-ьному напряжению, действующему по тсй же поверхности скольжения; ленное значение этого показателя определяется как отношение расчет-прочностных характеристик к предельным их значениям.
Обоснованность и достоверность паучпих полояевия, выводов и
рекомендаций подтверждена:
доказательством научных положений теоретическими выкладками, аналитическими решениямии сопоставительным" анализом конкретных примеров;
результатами многочисленных экспериментов в лабораторных и натурных условиях; маркшейдерскими наблюдениями за состоянием карьерных от-
KCCQE;
положительными результатами промышленного внедрения методик, программных средств,, рекомендаций к выеодов, полученных в диссертационной работе.
Новое ваучвые результаті.
-
Разработан способ оценки устойчивости реального борта карьера и методика расчета параметров предельных откосов численно-аналитическим способом с реализацией решения на ЭЕМ, что по сравнению с существующим графо-аналитическим способом позволяет существенно повысить объективность и точность расчетов и снизить их трудоемкость.
-
Создана более совершенная методика определения погрешности сопротивления пород сдвигу на основе статистико-вероятностного метода.
-
Установлена взаимосвязь ме«ду характером изменчивости показателей прочностных сбойсге горных пород, слагающих прибортовой массив, и уровнем надежности определения коэффициента, запаса устойчивости для однородного и многослойного откоса.
Личшм вклад автора в получение иаучяих результатів;
в разработке способа оценки .устойчивости реального борта карьера;
в разработке основ вероятностного способа решения задач устойчивости КарьерНЫХ QTKOCQE-,
в разработке алгоритмов и программ для реализации решения задач по оценке устойчивости карьерных откосов на ЭВМ;
б экспериментальной проверке инженерных методов расчета и управления устойчивостью карьерных откосов и внедрении их в практику проектирования и ведения горных работ- на месторождениях разрабатываемых открытым способом.
Прагвямеское авамете имет:
-
Расчетная схема для сценки устойчивости реальных карьерных откосов .
-
Обоснование расчетных показателей прочностных свойств горных пород (сцепления и угла внутреннего трения) с учетом их коррелируемое-
ті*
3. Алгоритмы и пакет прикладных программ решения вадач по оценке
гойчивости карьерных откосов к надежности этих расчетов. Внедрение
гавных рекомендаций осуществлено включением их в отраслевые методи
кою указания и путем обоснования рациональных параметров бортов ,
зьероз и отвачов на ряде рудных и угольных месторождений Казахстана ;
юдтвержденным экономическим эффектом 70,0 тыс.рублей з ценах 1988 j-
\а. '.
Реализация работа. Результаты исследований внедрены в практику ;
зектирования .и разработки открытым способом ряда месторождений Ка- )
сстана. !
Методика, расчета параметров- реальных бортов карьера включена во ;
эеменные методические указания по управлению устойчивостью бортов |
эьеров цветной металлургии" (Москва, 1989 г.). .
Программы SPSP01, SPSP53, SP0SGS33, SPIZY7 по расчету устойчивос-
карьерных откосов используются научно-исследовательскими и проект- |
т институтами: ЕИОГЕМ и ГИПРОцветмет-,- внедрены в учебный процесс
ч специальности "Маркшейдерское дело" в учебных вузах КарПТИ и ;
ГУ). ;
Программы TAM01VS1 . и IAMD1VS2 использованы при установлении рас- 1
гных показателей прочностных свойств и определении параметров пре- j
льных откосов на карьерах и отвалах Качарсксго ГОКа, Тургайского |
кситового рудоуправления, рудника Алпыс, Шубаркольского угольного j
зреза.. J
Результаты расчетов по опенке устойчивости карьерных откосов ко- і
льзованы при составлении рабочего проекта реконструкции карьера Ал- :
с в связи с приростом запасов (1991 г.), разработке паспорта отвало- |
разовачия на карьере Алпыс (1991 г.), при разработке ТЭС кондиций и :
ставлений рабочего проекта на отработку Чяганакского месторождения ;
рита (1991 г.), составлении проекта реконструкции Акжатского карьера
988 г.), разработке паспорта отвалообразования на Акжалском.руднике ;
987 г.), при разработке проекта реконструкции Шубаркольского разреза :
994- г.). _ |
Апробация работ. Основные положения диссертационной работы док- j дывались и обсуждались на научно-технических конференциях Караган- ; некого политехнического института (1965-1992 г.г.), на территориаль- _ й научно-технической конференции "Прогнозная оценка инженерю-геоло- j ческих условий при открытой разработке месторождений Урача" .Свердловск, 1989 г.); У Есесоюзной конференции молодых ученых "Ин-
тєнсификация горнорудного производства" (г.Екатеринбург, 1991 г.); Международном симпозиуме "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" (СССР, Белгород, 20-24 мая 1991 т.); технических совещаниях в институте "СРЕДАЗНИПРОцветыет" (г. Ташкент, 198? г.); институте "КагГИНалмаз-золото" (г.Алмати, 1991 г) и ИГО "Южказгеология" (г. Алматы, 1991 г.). Публикации- По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 185 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунков, 14 таблиц, список использованных источников из 82 наименований и приложения.
Автор выражает глубокую признательность чд.-корр. АН РК Попоеу И.И., проф. Шпакову Б,С, Покладу Г.Г. ва постоянное внимание к работе и ценные советы, благодарит сотрудников кафедры маркшейдерского дела КарПТИ за помощь при проведении экспериментальных исследований и обсуждении отдельных этапов работ, работников предприятий и институтов, способствовавшим промышленной апробации и внедрению результатов исследований.
