Прогноз стійкості та оптимізація параметрів відкритих гірничих виробок з урахуванням їх деформованого стану - Автореферат

Прогноз стійкості та оптимізація параметрів відкритих гірничих виробок з урахуванням їх деформованого стануОперативне та достовірне прогнозування стійкого стану відкритих гірничих виробок може бути здійснено на основі дослідження їх деформованого стану, оскільки деформаційні параметри це ті параметри, які досить легко визначаються інструментальними методами у порідному масиві з одного боку, та обєктивно відображають відгук порідного масиву на природні та техногенні впливи - з другого. Проте підвищення кутів схилу бортів карєру приводить не тільки до істотного зниження фізичних обсягів розкривних робіт, але й до значного зниження ступеня їх стійкості, що зумовлює зріст експлуатаційних витрат на підтримання відкритих гірничих виробок у стійкому стані. Визначення таких параметрів це одна з головних проблем, які виникають при розробці родовищ корисних копалин відкритим способом, рішення якої можливо на базі створення взаємоповязаних моделей для розрахунку ступеня стійкості порідних схилів на основі спостереженої картини їх деформованого стану та моделей для одночасного визначення закономірностей зміни розміру очікуваного прибутку та прогнозованого значення економічного збитку при збільшенні кутів схилу відкритих гірничих виробок. Таким чином, розробка методів прогнозу стійкості та оптимізації параметрів відкритих гірничих виробок з урахуванням їх деформованого стану представляє собою значну наукову проблему, що має важливе народногосподарське значення у підвищенні економічної та екологічної ефективності видобування корисних копалин відкритим способом. Експлуатаційна надійність стійкого стану відкритих гірничих виробок знижується з часом за експонентним законом, для визначення якої розроблена методика та встановлені, на основі аналізу практики управління стійкістю відкритих гірничих виробок, емпіричні закономірності такого зниження.Завершення розробки родовищ корисних копалин на малих глибинах з одного боку, досягнення гірничої науки та техніки з другого, зумовили практичну необхідність та економічну доцільність ведення відкритих гірничих робіт на глибині 500 - 1000 метрів. За цих умов задача визначення геометричних параметрів відкритих гірничих виробок стає особливо актуальною, тому що розмір розкриття, що скорочується при збільшенні кутів схилу бортів карєру, прямо пропорційний квадрату глибини виробки. Разом з тим, практика ведення відкритих гірничих робіт показує, що практично на жодному карєрі не вдалось уникнути зсувних процесів. Руйнування уступів та бортів карєрів наносить значний матеріальний збиток. Так руйнування відвальних уступів у листопаді 1993 року на карєрі Інгулецького ГЗК та переміщення зсуву у робочу зону, порушили роботу карєру на декілька місяців.Урахування залишкової міцності гірських порід при визначенні параметрів гірничих виробок можливе тільки при використанні у геомеханічних розрахунках повної діаграми деформування гірських порід. Використання кривої виду (1) для аналітичного опису повної діаграми деформування гірських порід дозволяє поліпшити, на 22 - 28%, статистичні параметри аналітичного опису явища в порівнянні з кусково-лінійною апроксимацією та якісно поліпшити цей опис в порівнянні з апроксимацією поліномом третього ступеня. При зменшенні нормальної напруги характер зміни повної діаграми деформування вказує на зріст пластичних властивостей гірської пород. На основі цієї експонентної залежності для повної діаграми деформування гірських порід, одержано рішення задачі про розрахунок ступеня стійкості піщано-глинистих схилів з урахуванням їх деформованого стану. Чисельний аналіз аналітичних виразів (2) та (3) дозволив одержати теоретичні криві та вперше встановити, що коефіцієнт запасу стійкості порідного схилу нелінійно знижується згідно зі зростанням кількісних показників його деформованого стану при різних значеннях коефіцієнта молекулярного зчеплення С (див. рис.Міцність по тріщинах у скельових масивах забезпечується сумісною дією сил фізичного тертя, молекулярного зчеплення та механічного зачеплення. Існування сил механічного зачеплення зумовлено перерозподілом зовнішніх сил, яке відбувається у окремих зачепленнях, створених грубо шорсткими поверхнями частин гірничої породи. При механічному зачепленні їх розмірі порівнянні по величині з розміром взаємодіючих тіл, а при фізичному терті розмірами нерівностей на поверхні тріщини можна зневажити. Для моделі тріщини з трикутною формою поверхні виступів, одержані аналітичні вирази, що визначають межу міцності на зсув та межу міцності на скол виступів на поверхні тріщини з урахуванням ступеня її розкриття (ділатансії). Для експериментальної перевірки отриманих вище теоретичних результатів був проведений цикл лабораторних досліджень, що полягав у визнанні межі міцності на зсув по тріщинах та поверхнях ослаблення як гірських порід, так і штучно створених моделей тріщин.

Основний зміст роботи виробка деформований порідний