Маделбекова А.Б.
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ УСТУПОВ И БОРТОВ КАРЬЕРА «АЛМАЛЫ» *
Аннотация:
в статье представлена оценка состояния уступов и бортов карьера, исследование прочностных характеристик пород, анализ трещиноватости массива, а также кинематическая проверка устойчивости уступов с использованием расчетных моделей, что позволило установить безопасные параметры проектных контуров карьера «Алмалы». В результате исследования трещиноватости горных пород и её влияния на устойчивость откосов и качество взрывных работ, предложены рекомендации по углам откоса борта и уступов, соответствующие горно-геологическим условиям карьера «Алмалы».
Ключевые слова:
трещиноватость массива, устойчивость откосов, свойства пород, уступ, отвал
При открытой разработке месторождений полезных ископаемых ключевым аспектом является обеспечение устойчивости уступов, бортов карьеров и отвалов, чтобы избежать их деформации на протяжении всего срока строительства и эксплуатации карьера [1].Откосы уступов и борта карьеров, подверженные деформациям, имеют сложные геологические условия, включающие различные поверхности ослабления, а также значительную изменчивость физико-механических свойств пород в приповерхностной зоне в течение годового цикла и влияние сил подземных вод [2].На устойчивость откосов также могут существенно влиять водоносные горизонты, открытые и подземные водотоки, а также водоемы, расположенные вблизи карьера. Следует отметить, что гидростатическое давление, воздействуя на поверхность скольжения, снижает нормальную составляющую веса пород, что приводит к уменьшению сил трения и, в конечном итоге, к снижению устойчивости откоса.Климатические условия района месторождения оказывают влияние на выветривание пород, снижение их прочности и устойчивости в откосах. Кроме того, на устойчивость откосов воздействуют и горнотехнические факторы, такие как высота бортов и уступов, углы откосов, ширина площадок, подземные горные выработки, методы буровзрывных работ.Неотъемлемым этапом определения параметров откосов карьеров является оценка их устойчивости. Устойчивость откоса (борта, уступа, отвала) карьера подразумевает его способность сохранять в течение эксплуатации проектные геометрические параметры и форму под воздействием внутренних и внешних сил. К геометрическим параметрам, влияющим на устойчивость бортов, уступов и отвалов, относятся высота и угол наклона поверхности откоса. Задача расчета устойчивости заключается в определении оптимального угла наклона откоса при заданной высоте, рассчитанной по технико-экономическим данным, или, наоборот, высоты откоса при условии, что угол наклона, например, отвала, определяется на основе технологии формирования откоса. Методы расчета помогают предотвратить такие виды нарушений устойчивости, как оползни и обрушения [3, 4].В ходе геотехнической инспекции карьера «Алмалы» был выявлен риск камнепада на северо-восточном борту карьера на отметках 815-800 м. Этот риск обусловлен наличием отслоившейся и зависшей горной массы, а также недостаточной шириной берм для ее удержания. Данная ситуация является приоритетным вопросом, требующим немедленных мер для обеспечения безопасности на месторождении (рис. 1, 2).Рис. 1, 2. Риск камнепада на северо-восточном борту карьера.Для ориентировочного определения углов наклона бортов карьеров «Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов, уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости, Л, ВНИМИ, 1971» [5] рекомендует использовать значения, приведенные в таблице 1, составленной на основе многолетних наблюдений за устойчивостью откосов в различных горно-геологических условиях. Рекомендуемые значения углов наклона бортов карьеров для горно-геологических условий карьера «Алмалы».Таблица 1. Рекомендуемые значения углов наклона бортов карьеров для горно-геологических условий карьера «Алмалы».Результаты проведённых исследований и лабораторных испытаний дают возможность провести расчёты устойчивости откосов стенок карьера [6, 7].Построим кривую равнопрочного откоса с использованием приближённого метода профессора Н.Н. Маслова. Этот метод опирается на два ключевых предположения: угол устойчивого откоса для любой горной породы соответствует углу её сопротивления сдвигу, критическое напряжение в массиве определяется равенством двух главных напряжений, которые равны весу столба грунта от горизонтальной поверхности до исследуемой точки.Коэффициент сдвига Fp представляет собой тангенс угла сдвига φрz:Для построения кривой равнопрочного откоса задаётся ординатой z, после чего определяется угол наклона отрезка поверхности откоса к горизонту αz, который равен углу сдвига φрz. Расчёты приведены в табл. 2.Таблица 2.Таким образом, угол откоса стенки карьера принимаем в пределах 39-44°, угол наклона уступов — 60°.Для минимизации рисков, связанных с камнепадом, необходимо принять соответствующие меры. Во-первых, следует провести работы по устранению отслоившейся и зависшей горной массы на северо-восточном борту карьера. Во-вторых, для обеспечения безопасности этой зоны, с учётом фактического состояния бермы, наиболее эффективным методом предотвращения аварийных ситуаций и инцидентов, связанных с неустойчивостью борта, является его ограждение. В качестве ограждения рекомендуется создать улавливающий вал.Результаты:Высота предохранительного вала составляет 0,8 метра. Такая установка предохранительного вала данной высоты будет эффективно предотвращать падение горных материалов.Расстояние от борта составляет 2 метра. Это пространство обеспечивает необходимую защиту от падения горных материалов.После принятия мер по снижению рисков камнепада необходимо организовать систематический мониторинг бортов. Для этого могут быть использованы различные геотехнические методы, такие как визуальные осмотры, наблюдательные станции, лазерное сканирование или георадарные исследования.Таким образом, устойчивость откосов и отвалов в открытых разработках представляет собой важную задачу, которую необходимо учитывать при проведении горных работ. Контроль за трещиноватостью горного массива и регулярный мониторинг состояния карьера помогают предотвратить возникновение аварийных ситуаций, обеспечивая безопасность работников и оборудования. Угол откоса стенки карьера принимаем в пределах 39-44°, угол наклона уступов — 60°.
Номер журнала Вестник науки №1 (82) том 2
Ссылка для цитирования:
Маделбекова А.Б. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ УСТУПОВ И БОРТОВ КАРЬЕРА «АЛМАЛЫ» // Вестник науки №1 (82) том 2. С. 1397 - 1403. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/20787 (дата обращения: 24.06.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+