geologyИзвестия высших учебных заведений. Геология и разведкаProceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration0016-77622618-8708Sergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological Prospecting10.32454/0016-7762-2019-4-67-77geology-431Research ArticleГИДРОГЕОЛОГИЯ И ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯHYDROGEOLOGY AND ENGINEERING GEOLOGYПути оптимизации углов заложения откосов карьера с учётом анизотропии прочностных свойств и трещиноватости скального массива (на примере Стойленского железорудного месторождения КМА)The angles optimization algorithm of slopes laying on iron ore open cast mine considering anisotropy of strength properties and fracture density of the solid rock (on the example of Stoylensky iron ore open cast mine at Kursk Magnetic Anomaly)ЯргЛ. А.YargL. A.

23, Миклухо-Маклая ул., Москва 117997

23, Miklouho-Maklay’s street, Moscow 117997

ФоменкоИ. К.FomenkoI. K.

23, Миклухо-Маклая ул., Москва 117997

23, Miklouho-Maklay’s street, Moscow 117997

ЖитинскаяО. М.ZhitinskayaO. M.

14/13, Ленина ул., Старый Оскол 309530

14/13 Lenina st., the city of Stary Oskol 309514, Belgorod region

gonjarova_o@mail.ruФГБОУ ВО Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго ОрджоникидзеРоссияSergo Ordzhonikidze Russian State University for Geological ProspectingRussian FederationСтарооскольский филиал ФГБОУ ВО Российский государственный геологоразведочный университетРоссияStarooskolsky branch of the Russian State Geological Prospecting UniversityRussian Federation201903092019046777Copyright © Ярг Л.А., Фоменко И.К., Житинская О.М., 20192019Ярг Л.А., Фоменко И.К., Житинская О.М.Yarg L.A., Fomenko I.K., Zhitinskaya O.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.geology-mgri.ru/jour/article/view/431

Разработка Стойленского железорудного месторождения открытым способом на протяжении 50 лет, сопровождающаяся извлечением огромных масс горных пород и руд, кардинально изменяет напряженно-деформационное состояние массива и формирование техногенного водоносного горизонта. Длительная эксплуатация карьера вызывает возникновение инженерно-геологических процессов: осыпей, обвалов, оползней, оплывин, суффозий. Развитие процессов, инициируемое технологическими работами, носит прогрессирующий характер в пространственно-временном отношении. Решение вопросов устойчивости бортов карьера, обеспечивающих безаварийное ведение горнодобывающих работ при длительной разработке месторождения, базируется на современной методологии расчёта. Предлагается алгоритм оптимизации углов заложения откосов Стойленского карьера и расчёт коэффициента устойчивости различными методами c учётом трещиноватости скального массива на основе использования критерия анизотропии прочности пород.

The development of Stoylensky iron ore opencast mine during the 50 years is accompanied by the extraction of huge masses of rocks and ores, that radically changes the stress-strain state of the array and the formation of a technogenic aquifer. The long-term quarry exploitation has a result of progressive development of engineering-geological processes: scree, landslides, creeps, suffusion. The development of processes initiated by technological works has a progressive space-time character. The solution of problem of the open pit slope stability which provides accident-free conducting of mining operations at long-term development of the field, is based on modern methodology of calculations. The angles optimization algorithm of slopes staking on Stoylensky iron ore open cast mine and the calculation of the coefficient of stability by different methods with the consideration of the anisotropy of strength properties and fracture density of the solid rock, have been suggested.

природно-техническая системаместорождениекарьероткоспроцессыанизотропиятрещиноватостьустойчивостьмодельnatural-technological systemfieldquarryslopesprocessesanisotropymodelstabilityfracturedensitypropertiesReferencesЖелезные руды КМА: монография / под ред. В.П. Орлова, И.А. Шевырева, Н.А. Соколова. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2001. 616 с.Zeleznye rudy KMA: monografiya / pod red. V.P. Orlova, I.A. SHevyreva, N.A. Sokolova [Iron ores of KMA]. M., ZAO «Geoinformmark» Publ., 2001. 616 p. (In Russian).Житинская О.М., Ярг Л.А. Изменение компонентов природной среды при длительной разработке месторождений открытым способом (на примере КМА) // Известия высших учебных заведений. Научно-методический журнал. Геология и разведка. 2018. № 1. С. 49—61.Zhitinskaya O.M., Yarg L.A. Izmeneniye komponentov pri-rodnoy sredy pri dlitel’noy razrabotke mestorozhdeniy otkrytym sposobom (na primere KMA) [ Changes in the components of the natural environment in the long-term development of deposits by the open method (for example, KMA)]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Nauchno-metodicheskiy zhurnal. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy.Geologiya i razvedka — [Proceedings of higher educational establishments. Geology and Exploration], 2018, no. 1, pp. 49-61. (In Russian)Зеркаль О.В., Фоменко И.К. Оценка влияния анизотропии свойств грунтов на устойчивость склонов // Инженерные изыскания. 2013. № 9. С. 44—50.Zerkal’ O.V., Fomenko I.K. Otsenka vliyaniya anizotropii svoystv gruntov na ustoychivost’ sklonov [Evaluation of the influence of anisotropy of soil properties on slope stability]. Inzhenernyye izyskaniya [Engineering Surveys], 2013, no. 9, pp. 44-50. (In Russian)Зеркаль О.В., Фоменко И.К. Оползни в скальных грунтах и оценка их устойчивости // Инженерная геология. 2016. № 4. С. 4-21.Zerkal’ O.V., Fomenko I.K. Opolzni v skal’nykh gruntakh i otsenka ikh ustoychivosti [Landslides in rocky soils and an estimation of their stability]. Inzhenernaya geologiya [Engineering geology], 2016, no. 4, pp. 4-21. (In Russian)Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела: пер. с англ. М. А. Тлеужанова / Под ред. А.М. Линькова. М.: Мир, 1987. 328 с.Crouch S., Starfield A. Methods of boundary elements in the mechanics of a rigid body. (Russ. ed.: Krauch S., Starfild A., translation from English: Tleuzhanova M. A., Lin’kova A. M. Metody granichnykh elementov v mekhanike tverdogo tela. Moscow, Mir, Publ., 1987, 328 p.).Определение оптимальных параметров бортов карьера и отвалов ОАО «Стойленский ГОК» при развитии горных работ с увеличением добычи сырой руды до 42 млн. тонн в год: Отчет о НИР/ФГУП ВиОгЕМ / Рук. Киянец А.В., исп. Будков В.П, Григорьева С.Н., Кабанов Н.Н. [и др.]. Белгород, 2007. 55 с.Opredeleniye optimal’nykh parametrov bortov kar’yera i otvalov OAO «Stoylenskiy GOK» pri razvitii gornykh rabot s uveliche-niyem dobychi syroy rudy do 42 mln. tonn v god [Determination of optimal parameters of the sides of the quarry and dumps of JSC «Stoilensky GOK» in the development of mining operations with an increase in the extraction of crude ore to 42 million tons per year]. Belgorod, 2007. 55 p. (In Russian, unpublished)Пендин В.В., Фоменко И.К. Методология оценки и прогноза оползневой опасности. М.: Изд-во РФ «Ленанд», 2015. 320 с.Pendin V.V., Fomenko I.K. Metodologiya otsenki i prognoza opolznevoy opasnosti [Methodology of landslide hazard assessment and forecast]. Moscow, Publishing House of the Russian Federation Lenand, 2015, 320 p. (In Russian).Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. СПб.: ВНИмИ, 1998. 208 с.Pravila obespecheniya ustoychivosti otkosov na ugol’nykh razre-zakh [Rules for ensuring the stability of slopes on coal mines]. SPb., VNIMI Publ., 1998, 208 р. (In Russian)Пустовойтова Т.К., Кагермазова C.B. Инженерно-геологическое обеспечение прогноза устойчивости бортов карьеров // Маркшейдерское дело в социалистических странах. Т. 2. Л.: ВНИМИ, 1988. С. 250-256.Pustovoytova T.K. Kagermazova C.B. Inzhenerno-geologiches-koye obespecheniye prognoza ustoychivosti bortov kar’yerov [Engineering and geological support for the forecast of stability of the sides of quarries] Marksheyderskoye delo v sotsialisticheskikh stranakh [Mine surveying in the socialist countries] T. 2, L., VNIMI Publ., 1988, pp. 250-256. (In Russian)Фоменко И.К. Математическое моделирование напряженного состояния инженерно-геологического массива, сложенного анизотропными горными породами. Дис... канд. геол. мин. наук. М., 2001. 138 с.Fomenko I.K. Matematicheskoye modelirovaniye napryazhennogo sostoyaniya inzhenerno-geologicheskogo massiva, slozhennogo anizotropnymi gornymi porodami. Dis. kand. geol.-min. nauk [Mathematical modeling of the stressed state of the engineering-geological massif, composed of anisotropic rocks]. Dis. kand. geol. min. sciences. Moscow, 2001, 138 p. (In Russian)Фоменко И.К., Пендин В.В., Горобцов Д.Н. Оценка устойчивости бортов карьеров в скальных грунтах // Горные науки и технологии. 2016. № 3. С. 10-21.Fomenko I.K., Pendin V.V., Gorobtsov D.N. Otsenka ustoychivosti bortov kar’yerov v skal’nykh gruntakh [Estimation of the stability of quarries of quarries in rocky soils]. Gornyye nauki i tekhnologii [Mining sciences and technologies], 2016, no. 3, pp. 10-21. (In Russian)Яр г Л.А., Житинская О.М., Фоменко И.К. Оптимизация системы мониторинга природно-технической системы «Железорудные месторождения» на базе анализа временных рядов // Материалы Международной научно-практической конференции «Стратегия развития геологического исследования недр: настоящее и будущее (к 100-летию МГРИ-РГГРУ) г. Москва, МГИ-РГГРУ, 4-6 апреля 2018. Т. 2. М.: НПП «Фильтроткани», 2018. С. 220-221.Yarg L.A., Zhitinskaya O.M., Fomenko I.K. Optimizatsiya siste-my monitoringa prirodno-tekhnicheskoy sistemy «Zhelezorudnyye mestorozhdeniya» na baze analiza vremennykh ryadov [Optimization of the monitoring system of the natural-technical system «iron ore deposits» on the basis of the analysis of time series]. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Strategiya razvitiya geologicheskogo issledovaniya nedr: nasto-yashcheye i budushcheye» [Proceedings of the International Scientific and Practical Conference «Strategy for the Development of Geological Exploration of the Earth: present and future» (on the occasion of the 100th anniversary of MGRI-RGGRU)]. M., Filtrotkani Publ., 2018, T. 2, рр. 220-221. (In Russian)Bar N., Heweston A. Considerations for Effectively Using Probability of Failure as a Means of Slope Design Appraisal for Homogeneous and Heterogeneous Rock Masses // 20th International Conference on Geological, Geotechnical and Environmental Engineering «ICGGEE 2018». Melbourne, Australia. 2018. Vol. 12 (2). Р. 66-72.Bar N., Heweston A., Considerations for Effectively Using Probability of Failure as a Means of Slope Design Appraisal for Homogeneous and Heterogeneous Rock Masses. Conference: ICGGEE 2018: 20th International Conference on Geological, Geotechnical and Environmental Engineering At, Melbourne, Australia, 2018, vol. 12(2), pp. 66—72.Bar N., Weekes G., Welideniya S. Benefits and limitations of applying directional shear strengths in 2D and 3D limit equilibrium models to predict slope stability in highly anisotropic rock masses. [Электронный ресурс]: https://www.researchgate.net/profile/Neil_Bar/research. (Дата обращения 06.08.2018).Bar N., Weekes G., Welideniya S. Benefits and limitations of applying directional shear strengths in 2D and 3D limit equilibrium models to predict slope stability in highly anisotropic rock masses. Available at: https://www.researchgate.net/profile/Neil_Bar/research. (accessed 06.08. 2018).Barton N.R., Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice // Rock Mech. 1977. Vol. 10 (1-2). Р. 1-54.Barton, N.R. and Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mech, 1977, vol. 10 (1—2), pp. 1—54.B i s h o p A.W. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes // Geotechnique. 1955. N. 5. P. 7-17.Bishop A.W. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes. Geotechnique, 1955, no. 5, pp. 7—17.Duncan J.M. Finite еlement analyses of slopes and excavations. State-of-the-Art Report // Proceedings of the First Brazilian Seminar on the Application of the Finite Element Method in Soil Mechanics. COPPE. Rio de Janeiro, Brazil. 1974. P. 195-208.Duncan. J.M. Finite element analyses of slopes and excavations, State-of-the-Art Report, Proceedings of the First Brazilian Seminar on the Application of the Finite Element Method in Soil Mechanics, COPPE, Rio de Janeiro, Brazil, 1974. pp. 195—208.Duncan J.M., Wright S.G. Soil Strength and Slope Stability. John Wiley & Sons, Inc. 2005. 309 p.Duncan J.M., Wright S.G. Soil Strength and Slope Stability. John Wiley & Sons, Inc., 2005, 309 p.Esterhuizen J., Filz G.M., Duncan J.M. Constitutive Behaviour of Geosynthetic Interfaces // Journal of GeoTechnical and Geoenvironmental Engineering. October 2001. P. 834-840.Esterhuizen, J., Filz, G.M. and Duncan, J.M. Constitutive Behaviour of Geosynthetic Interfaces. Journal of GeoTechnical and Geoenvironmental Engineering, October 2001, pp. 834—840.HoekE., Caranz a -Torres C.T., Corcum B. Hoek-Brown failure criterion-2002 edition // Proc. of the North American Rock Mechanics Society (NArMs-TAC’2002). Toronto: Mining Innovation and Technology, 2002. N. 1. P. 267-273.Hoek E., Caranza-Torres C.T., Corcum B. Hoek-Brown failure criterion-2002 edition. Proc. of the North American Rock Mechanics Society (NARMS-TAC’2002), Toronto: Mining Innovation and Technology, 2002, no. 1, pp. 267—273.Hoek E., Bray J.W. Rock Slope Engineering/3rd ed. London: Institution of Mining and Metallurgy, 1981. 358 p.Hoek E., Bray J.W. Rock Slope Engineering/3rd ed. London, Institution of Mining and Metallurgy, 1981, 358 p.J a n b u N. Application of composite slip surface for stability analysis // In Proceedings of the European Conference on Stability of Earth Slopes. Stockholm, Sweden. 1954. P. 43-49.Janbu N. Application of composite slip surface for stability analysis. Proceedings of the European Conference on Stability of Earth Slopes. Stockholm, Sweden, 1954, pp. 43—49.Morgenstern N.R., Price V.E. The analysis of the stability of general slip surface // Geotechnique. 1965. N.15. P. 79-93.Morgenstern N.R., Price V.E. The analysis of the stability of general slip surface. Geotechnique, 1965, no. 15, pp. 79—93.Rui Wang, Xi Wang, Kun Yin, Yang Zhao. Landslide Stability Analysis Based on GeoStudio // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 634-638. P. 3701-3704.Rui Wang, Xi Wang, Kun Yin, Yang Zhao. Landslide Stability Analysis Based on GeoStudio, Advanced Materials Research, 2013, vol. 634-638, pp. 3701-3704.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.