Розроблення методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів з урахуванням неоднорідності розкривних порід і слабкої основи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

ТКАЧЕНКО Галина Іванівна

 

УДК 622. 1: 622. 271. 45+622. 271. 333

 

 

Спеціальність 05. 15. 01 – маркшейдерія

 

 

Кривий Ріг – 2008

 

Дисертацією є рукопис. 

Роботу виконано в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Несмашний Євген Олександрович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри фізики. 

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Поліщук Сергій Зіновійович, Інститут проблем природокористування та екології НАН України (м. Дніпропетровськ), завідувач відділу системного аналізу та моделювання процесів природокористування; кандидат технічних наук, доцент Чирва Олександр Іванович, Асоціація «Укррудпром» (м. Кривий Ріг), головний спеціаліст відділу спеціальних маркшейдерсько-геодезичних досліджень. 

Захист відбудеться «23» травня 2008 року о «14» годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09. 052. 02 в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37, ауд. 300. 

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Криворізького технічного університету (50002, м. Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 37). 

Автореферат розіслано «21» квітня 2008 р. 

 

 

Актуальність теми. Специфічною особливістю гірничорудної галузі є створення великої кількості відходів: на одну тонну виробленого залізорудного концентрату на гірничо-збагачувальних комбінатах припадає 5-6 т відходів, значна частина яких складується в зовнішні відвали. За період інтенсивної розробки залізних руд у Криворізькому залізорудному басейні зовнішніми відвалами порушено 12, 5 тис. га земель, куди заскладовано близько 3 млрд. м3 розкривних порід. Сьогодні зовнішні відвали є складними гірничотехнічними спорудами висотою понад 150 м. Тенденція збільшення їх висоти зберігається тому, що для проектування та будівництва нових відвалів необхідно відчуження земель, у тому числі придатних для ведення сільськогосподарських робіт. Розроблення нових технологічних схем відвалоутворення потребує, окрім часу, значних капітальних вкладень. 

Оцінки стійкості, виконані на стадії проектування відвалів, вже не відповідають сучасним умовам та темпам ведення гірничих робот. Сучасний рівень розвитку гірничого виробництва та інтенсивна зміна інженерно-геологічних, гідрогеологічних, гірничотехнічних умов, їхня різноманітність визначають відповідні вимоги до розрахунків стійкості. Традиційні інженерні методи пов’язані зі значними затратами ручної праці й часу і не завжди забезпечують точну кількісну оцінку, а отже, і безпеку відвалоутворення. Це насамперед пов’язано: 

- з використанням та обробленням великих обсягів вихідної геолого-маркшейдерської інформації, при роботі з якою потрібно враховувати її ймовірнісний характер; 

- з невідповідністю потребам сучасного гірничого виробництва існуючої нормативно-методичної бази для розрахунків стійкості зовнішніх відвалів; 

- з необхідністю доповнення розрахунків стійкості кількісним аналізом ризиків деформування в процесі формування відвалів або на стадії їх проектування. 

Використання сучасних комп’ютерних технологій і методів моделювання дозволяє уникнути зазначених труднощів, тому дослідження, спрямовані на розроблення нових оперативних методів розрахунків стійкості зовнішніх відвалів, є актуальними і дозволяють підвищити ефективність і безпеку відвалоутворення. 

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертацію виконано відповідно до основних напрямків концепції «Розвиток гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року». Напрямок досліджень відповідає «Програмі науково-технічного супроводження перспективного розвитку гірничодобувних підприємств України на період 2002-2004 рр. « (розділ VII, п. 7. 19). 

Наукові результати дисертації отримані в процесі виконання науково-дослідних робіт: № 971-34/10-481-04 «Оцінка доцільності розвитку відвалу № 3 ВАТ «ІнГЗК» на заплавних відкладеннях до межі водоохоронної зони р. Інгулець» (№ ДР 0104U007047) ; № 10-522-04 «Обґрунтування можливості нарощування відвалу № 1 ВАТ «ІнГЗК» з урахуванням забезпечення його стійкості» (№ ДР 0104U010860) ; № 10-54-05 «Визначення стійких параметрів неробочих ярусів відвалу № 3 ВАТ «ІнГЗК» з метою їх використання при рекультивації відвалу» (№ ДР 0105U007335) ; № 21-06 «Розробка пакетів прикладних програм для розрахунку коефіцієнта запасу стійкості зовнішніх відвалів», у яких автор брала особисту участь як виконавець. 

Метою роботи є підвищення безпеки та економічної ефективності відвалоутворення на основі розроблення нового методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів з урахуванням неоднорідності розкривних порід і слабкої основи, яке досягається використанням форми поверхні сковзання, складеної з частин кривих другого порядку та кусково-лінійних функцій. 

Об'єкт досліджень – зовнішні відвали залізорудних кар’єрів. 

Предмет досліджень – стійкість зовнішніх відвалів на слабкій основі великої потужності та їх кількісна оцінка. 

Для досягнення зазначеної мети в дисертаційній роботі необхідно вирішити завдання дослідницького, методичного та прикладного характеру в наступній послідовності: 

- аналіз сучасного стану зовнішнього відвалоутворення; 

- оцінка основних інженерних методів розрахунку та сучасних підходів до прогнозу й оцінки стійкості бортів кар’єрів і відвалів; 

- моделювання форми поверхні сковзання в масиві борту відвалу, яка забезпечує мінімальне значення коефіцієнта запасу стійкості; 

- обґрунтування ефективності імітаційного моделювання щодо використання його в маркшейдерії порівняно з існуючими ймовірнисними методами оцінки стійкості; 

- установлення закономірностей змін стійкості зовнішніх відвалів від їх геометричних параметрів, мінливості фізико-механічних властивостей розкривних порід і ґрунтів слабкої основи; 

- виконання оцінки ризиків можливого деформування ярусів відвалів