Пути оптимизации углов заложения откосов карьера с учётом анизотропии прочностных свойств и трещиноватости скального массива (на примере Стойленского железорудного месторождения КМА)

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.

1. Железные руды КМА: монография / под ред. В.П. Орлова, И.А. Шевырева, Н.А. Соколова. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2001. 616 с.

2. 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.

3. Зеркаль О.В., Фоменко И.К. Оценка влияния анизотропии свойств грунтов на устойчивость склонов // Инженерные изыскания. 2013. № 9. С. 44—50.

4. Зеркаль О.В., Фоменко И.К. Оползни в скальных грунтах и оценка их устойчивости // Инженерная геология. 2016. № 4. С. 4-21.

5. 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.

6. 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.

7. Пендин В.В., Фоменко И.К. Методология оценки и прогноза оползневой опасности. М.: Изд-во РФ «Ленанд», 2015. 320 с.

8. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. СПб.: ВНИмИ, 1998. 208 с.

9. 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.

10. Фоменко И.К. Математическое моделирование напряженного состояния инженерно-геологического массива, сложенного анизотропными горными породами. Дис... канд. геол. мин. наук. М., 2001. 138 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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).

15. 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.

16. 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.

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.

18. Duncan J.M., Wright S.G. Soil Strength and Slope Stability. John Wiley & Sons, Inc. 2005. 309 p.

19. Esterhuizen J., Filz G.M., Duncan J.M. Constitutive Behaviour of Geosynthetic Interfaces // Journal of GeoTechnical and Geoenvironmental Engineering. October 2001. P. 834-840.

20. 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.

21. Hoek E., Bray J.W. Rock Slope Engineering/3rd ed. London: Institution of Mining and Metallurgy, 1981. 358 p.

22. 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.

23. Morgenstern N.R., Price V.E. The analysis of the stability of general slip surface // Geotechnique. 1965. N.15. P. 79-93.

24. Rui Wang, Xi Wang, Kun Yin, Yang Zhao. Landslide Stability Analysis Based on GeoStudio // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 634-638. P. 3701-3704.