Абельсеитова С.К. Совершенствование методов расчета устойчивости карьерных откосов в анизотропном массиве

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание

Нормативные ссылки 4

Определения, обозначения и сокращения 5

Введение 6

Основная часть

1 Современное состояние вопросов обеспечения устойчивости

карьерных откосов

Анализ существующих информационных систем и комплекс-

программ по определению устойчивости карьерных откосов

Анализ современного маркшейдерского обеспечения открытых

горных работ

Анализ комплексных программ по расчету устойчивости отко-

сов уступов и бортов карьеров

Анализ факторов, влияющих на устойчивость карьерных отко- 13

сов

Методы исследований физико-механических свойств горных 14

пород и породных контактов

Горно-геометрический анализ структуры 26

массивов

Анализ существующих методов расчета и оценки устойчивости 32

карьерных откосов

Цель и задачи исследований 34

2 Совершенствование методов съемки структуры прибортового 36

массива и определение интервалов изменения значений проч-

ностных характеристик породных контактов

Изучение горных пород прибортового массива 36

2.2 Совершенствование способов съемки структурно-тектонических 43

особенностей прибортового массива

2.3 Определение прочностных характеристик породных контактов 45

и диапазона их изменения

Выводы по главе 2 47

3 Совершенствование методов расчета устойчивости карьерных от- 48

косов в анизотропной среде

Выбор схем расчета по определению устойчивости анизотропных 48

откосов

3.2 Методика автоматизированного расчета устойчивости карьерных 55

откосов в анизотропном массиве

3.3 Установление зависимостей коэффициента запаса устойчивости 68

от физико-механических свойств породных контактов

Зависимости коэффициента запаса устойчивости трещинова- 68

того откоса от прочностных характеристик породных контак-

тов и горных пород

3.3.2. Зависимости коэффициента запаса устойчивости слоистого 73

откоса от прочностных характеристик породных контактов и

горных пород

3.4 Обоснование достаточной точности определения прочностных 78

характеристик породных контактов

Выводы по главе 3 86

4 Обоснование параметров устойчивых откосов уступов и бортов 88

карьеров

4.1 Краткая геологическая и горно-техническая характеристика 88

карьеров и «Средне-Спасский»

Геологическая характеристика карьеров 88

Горно-техническая характеристика карьеров 89

4.2 Обоснование расчетных прочностных характеристик горных по- 92

род и породных контактов массивов карьеров

4.3 Результаты изучения структурно-тектонических особенностей 93

прибортовых массивов карьеров

4.4 Оценка устойчивости откосов уступов и бортов карьеров 98

Расчет устойчивости откосов уступов с учетом структурных 98

особенностей прибортовых массивов

4.4.2 Результаты расчетов параметров карьерных откосов и оценки 99

их устойчивости

4.5 Мероприятия по обеспечению устойчивости откосов уступов и

бортов карьеров

Выводы по главе 4

Выводы 108

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б 144

Нормативные ссылки

В настоящей диссертации использованы ссылки на следующие стандар-

ты:

Инструкция по отбору проб горных пород. 1965. - 20 с.

2. ГОСТ 21153.5-88 - Породы горные. Методы физических испытаний

горных пород. 1988. - 35 с.

3. Методические указания по определению бортов, откосов уступов и

отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. -

4. Инструкция по наблюдениям за деформациями откосов усту-

пов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению

их устойчивости. -

5. Временные методические указания по управлению устойчивостью

бортов карьеров цветной металлургии СССР, 1989. - 128с.

Определения, обозначения и сокращения

В настоящей диссертации применяются следующие термины с соответ-

ствующими определениями и сокращения:

ВВ - взрывчатое вещество;

ВИОГЕМ - Всесоюзный научно- исследовательский и

проектно-конструкторский институт по осу-

шению месторождений полезных ископаемых,

специальным горным работам, рудничной

геологии и маркшейдерскому делу;

ВНИИцветмет - Всесоюзный научно-исследовательский инсти-

тут цветных металлов;

- Всесоюзный научно-исследовательский марк-

шейдерский институт;

- научно - исследовательский

проектный институт цветной металлургии;

им. Скочинского - институт горного дела им. Скочинского;

КарГТУ - Карагандинский государственный техниче-

ский институт;

КарПТИ - Карагандинский политехнический институт;

МДиГ маркшейдерское дело и геодезия;

Фортран, Borland Paskal - языки программирования;

MS-DOS - операционная система;

HAH PK - Национальная академия наук Республики

Казахстан;

ОАО "Корпорация Казах- - открытое акционерное общество "Корпорация

мыс"

ПО - программное обеспечение;

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная ма-

шина;

- станок буровой шарошечный;

СПГ - Содружество независимых государств;

СССР - Союз советских социалистических республик;

УНИПРОмедь - Уральский научно-исследовательский проект-

ный институт меднорудных месторождений.

Введение

Общая характеристика работы. Данная научно-квалификационная ра-

бота посвящена совершенствованию методов расчета устойчивости анизо-

тропных карьерных откосов и способов съемки структурных особенностей

прибортового массива, а также установлению диапазонов необходимой точ-

ности определения прочностных свойств контактов пород при оценке устой-

чивости карьерных откосов.

Актуальность темы. Рациональное использование недр является, как и

ранее, насущной задачей настоящего времени. Применительно к открытым

горным разработкам это означает, что максимально возможное извлечение из

недр запасов полезных ископаемых должно сопровождаться минимальными

объёмами вскрышных работ и безопасностью отработки.

Обследование поверхностей откосов на открытых разработках Цен-

трального Казахстана и анализ их устойчивости показывает, что в скальных и

полускальных трещиноватых породах при вполне устойчивом состоянии все-

го борта карьера в целом наблюдаются деформации отдельных участков ус-

тупов. Обрушения массивов наносят горному предприятию

значительный материальный ущерб, вызывая большие потери полезного ис-

копаемого, приводя иногда к остановке всего технологического процесса.

Поэтому проблема обеспечения устойчивости карьерных откосов является

одной из важнейших в горном деле.

В настоящее время, в связи с созданием и внедрением в производство

маркшейдерско-геодезических приборов нового поколения широкое распро-

странение находят автоматизированные информационные системы маркшей-

дерского обеспечения горного предприятия. Они включает в себя комплекс

средств и оборудования для производства полевых работ и камеральной об-

работки полевых измерений.

В связи с этим актуальной задачей является совершенствование спосо-

бов съемки структурных особенностей горного массива и методов автомати-

зированной оценки влияния анизотропии на устойчивость карьерных отко-

сов.

Диссертационная работа выполнялась при решении научно-технической

программы: «Основные направления развития сырьевой базы, новых техно-

логий и их внедрение на предприятиях корпорации в 1998-

утвержденной президентом HAH министром науки и президен-

том корпорации «Казахмыс» а также при выполнении хоздоговор-

ных работ с горнодобывающими предприятиями.

Целью работы является исследование устойчивости анизотропных

карьерных откосов для повышения безопасной и эффективной разработки

месторождений полезных ископаемых.

Основная идея работы заключается в совершенствовании методов

расчета устойчивости анизотропных массивов, основанных на использовании

современных средств автоматизации.

Для достижения поставленной цели определены основные задачи:

- изучение комплексных программ по автоматизации расчетных схем ус-

тойчивости откосов уступов и бортов карьеров;

- совершенствование способов съемки структурно-тектонических осо-

бенностей горного массива;

- разработка методики автоматизированного расчета устойчивости

карьерных откосов в анизотропной среде;

- установление диапазона необходимой точности определения значений

прочностных характеристик породных контактов, сцепления и угла внут-

реннего трения для расчета устойчивости анизотропных откосов.

Методы проводимых исследований включают:

-анализ физико-механических свойств горных пород и породных кон-

тактов, структурно-тектонических особенностей массивов, ме-

тодов расчета и оценки устойчивости карьерных откосов в анизотропной

среде;

программирования, статистический и регрессионный анализ

данных;

- опытно промышленную проверку результатов исследований на

предприятиях корпорации

Научные положения, выносимые на защиту:

- предлагаемый метод съемки структурных особенностей анизотропного

массива позволяет создать достоверную исходную базу данных для оценки

его устойчивости;

автоматизированный способ расчета устойчивости

анизотропных уступов отличающийся тем, что впервые комплексно

включает расчет устойчивости как трещиноватых массивов, так и массивов,

имеющих позволяет оперативно произвести

районирование карьерных откосов по фактору устойчивости с учетом

структуры прибортовых массивов;

что изменение значений угла внутреннего трения по по-

родным контактам, в отличие от изменения значений сцепления, существен-

но не влияет на коэффициент запаса устойчивости и в среднем составляет

0,9%;

- установленные зависимости коэффициента запаса устойчивости откоса

от прочностных характеристик породных контактов позволяют выявить диа-

пазон необходимой точности их определения.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и ре-

комендаций подтверждена большим объемом экспериментальных исследо-

ваний, полученных в лабораторных и полевых условиях; расчётами и про-

мышленной экспериментальной проверкой на производстве; включением ос-

новных результатов исследования в проектную документацию при перепро-

ектировании карьеров.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствован способ съемки структурно-тектонических особенно-

стей горного массива, основанный на использовании лазерных приборов, по-

зволяющии получить геометрические параметры неровностей и осуществить

их классификацию с выделением области использования;

- разработана методика автоматизированного расчета, которая позволяет

оценить устойчивость карьерных откосов, оперативно производить райони-

рование бортов карьеров по фактору устойчивости и может являться состав-

ной частью автоматизированной информационной системы горнодобываю-

щего предприятия;

-установлены аналитические зависимости коэффициента запаса устой-

чивости откосов анизотропных уступов от прочностных характеристик и

р', по контактам пород;

- выявлены диапазоны необходимой точности определения прочностных

характеристик породных контактов при оценке устойчивости анизотропных

откосов.

Практическая работы состоит в создании программного ком-

плекса «Расчет устойчивости откоса», позволяющего производить оценку

устойчивости откосов уступов в анизотропной среде (Свидетельство от

9.07.2002г. о государственной регистрации Комитета по авторским правам

Министерства юстиции Республики Казахстан).

Работа программного комплекса проверена при оценке устойчивости от-

косов уступов и бортов карьеров Центрального Казахстана. Результаты ис-

следований внедрены в технические проекты развития горных работ на карь-

ерах: и «Средне-Спасский» корпорации

Личный вклад автора состоит в:

лабораторных и аналитических исследований;

программного комплекса «Расчет устойчивости откоса»;

- обосновании параметров откосов уступов и бортов карьеров «Тастау» и

«Средне-Спасский» и оценке их устойчивости;

-внедрении обоснованных параметров устойчивых откосов уступов и

бортов карьеров «Тастау» и «Средне-Спасский» в технические проекты при

их перепроектировании.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и

отдельные результаты исследований отражены в 9 научных статьях и тези-

сах, опубликованных в печати, и докладывались на:

республиканских научно-технических конференциях:

- «Проблемы фундаментостроения в грунтовых условиях новой столи-

цы» (г. Акмола, 28-30 мая

- «Академик К.И. Сатпаев и его вклад в развитие и становление инже-

нерного дела в Казахстане» (г. Жезказган, 4-6 апреля

международных конференциях:

комплексного освоения рудных и нерудных месторожде-

ний восточно-казахстанского региона» (г. мая

геометризации недр» (г. Екатеринбург, мая

и образование - ведущий фактор стратегии (г.

Караганда, 25-27 июня

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве-

дения, 4 разделов, заключения, списка литературы, содержит 144 страницы

печатного текста, выполненного на принтере ЭВМ, рисунков, 26 таблиц и

приложений.

Основная часть

1 Современное состояние вопросов обеспечения устойчивости

карьерных откосов

Проблема обеспечения устойчивости откосов уступов и бортов карьеров

приобретает все большее значение. Во-первых, в горной промышленности

при разработке месторождений полезных ископаемых намечена определен-

ная тенденция к увеличению доли открытого способа как наиболее эффек-

тивного и безопасного. Во-вторых, для современных карьеров характерным

является усложнение горно-геологических условий из-за увеличения глуби-

ны разработки и вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными

горно-геологическими условиями. В третьих, развитие методов и средств ав-

томатизации геолого-маркшейдерских работ, на сегодняшний день, позволи-

ло значительно повысить оперативность, достоверность и точность получае-

мой информации при решении вопросов устойчивости карьерных откосов.

1.1 Анализ существующих информационных систем и

комплексных программ по определению устойчивости

карьерных откосов

На данном этапе развития научно-технического прогресса, при разра-

ботке месторождений полезных ископаемых открытым способом, стало воз-

можным широкое применение автоматизации производственных процессов.

В настоящее время, при разработке месторождений полезных ископае-

мых, наряду с использованием современной высокопроизводительной горно-

транспортной техники, широкое распространение находят автоматизирован-

ные информационные системы открытых горных работ, которые предназна-

чены для обработки горно-геологических и горнотехнических данных, их ис-

следования и анализа, моделирования горного массива, а также горнопро-

мышленного планирования. Они разработаны для хранения, управления и

анализа данных, объединенных любыми качественными и количественными

Данные системы обеспечивают обширные графические средства редак-

тирования и другие практические инструментальные средства, для производ-

ства всех аспектов из геологического и горнорудного моделирования, откры-

того и подземного планирования и проектирования горных работ, делая их

быстрыми, гибкими и простыми в понимании.

В последние годы ряд производителей разработали информационные

системы для промышленных и горных предприятий. К ним можно отнести:

Data Mine, ;

Professional; MapBasic; Virtical Mapper; Easy Trace; PathFinder.