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

Міністерство освіти України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукОдержано вираз для визначення теоретичних значень, розроблена методика та визначені закономірності зміни протягом часу експлуатаційної надійності стійкого стану відкритих гірничих виробок. На их основе получено решение задачи о расчете устойчивости породного откоса с учетом его деформированного состояния, что позволяет определять степень устойчивости горной выработки не только при ее проектировании, но и в процессе эксплуатации, в соответствии с наблюдаемым откликом породного массива на природные и техногенные воздействия. Получено выражение для определения теоретических значений надежности устойчивого состояния открытых горных выработок, которое может использоваться независимо от наблюдаемого закона распределения случайных величин прочности и напряжения в породном массиве. Разработана методика для определения эксплуатационной надежности устойчивого состояния открытых горных выработок на основании анализа практики управления их устойчивостью и установлено, что эксплутационная надежность обследованных бортов карьеров Украины изменяется в пределах от 93,5 % до 97,3 %, а внутренних предотвалов в пределах от 46,1 до 72,4 %. Установлено, что нормативы надежности устойчивого состояния открытых горных выработок изменяются с течением времени в пределах от 76,3 % до 96,5 % при времени эксплуатации до пяти лет и в пределах от 89,6 % до 98,5 % при времени их эксплуатации более пяти лет.Оперативне 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. З метою істотного поліпшення статистичних характеристик апроксимації повної діаграми деформування гірських порід, запропоновано для її опису використовувати експонентну залежність наступного вигляду: ; (1) де ; ; 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 породи (див. рис.

2. Основний зміст роботи