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

 

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає у наступному: [1] – ідея та розроблення концепції створення експертної системи; [4] – теоретичний аналіз проблеми та узагальнення теоретичного матеріалу; [2, 5, 7, 9] – постановка завдання, проведення розрахунків, аналіз і узагальнення результатів досліджень; [6] – постановка наукового завдання, виконання аналітичних досліджень, обробка і аналіз результатів; [8] – виконання теоретичних розробок, формулювання наукових висновків; [10] – виконання розрахунків, узагальнення результатів дослідження; [12] – розроблення методичних рекомендацій щодо впровадження у практику методики розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, обґрунтування її ефективності та визначення області застосування. 

 

 

Ткаченко Г.І. Розроблення методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів з урахуванням неоднорідності розкривних порід і слабкої основи. – Рукопис. 

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 15. 01 – маркшейдерія. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2008. 

Дисертацію присвячено розробленню методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, в основу якого покладено врахування неоднорідності розкривних порід і слабкої основи відвалу, що досягається використанням форми поверхні сковзання, складеної з частин кривих другого та першого порядку, і дозволяє зменшити похибку місцеположення найбільш слабкої поверхні сковзання і підвищити точність розрахунку коефіцієнта запасу стійкості. 

Уперше використано метод імітаційного моделювання зовнішніх відвалів, за допомогою якого враховано випадковий характер розподілу фізико-механічних властивостей розкривних порід і ґрунтів слабкої основи, визначені ризики деформування ярусів відвалу. 

Установлено закономірності зміни коефіцієнта запасу стійкості від геометричних параметрів зовнішніх відвалів та характеру обводненості й потужності слабкої основи для різних варіантів відсипки розкривних порід. 

На основі проведених досліджень розроблено пакет прикладних програм для розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, можливості й ефективність якого підтверджена практичним упровадженням на залізорудних підприємствах Кривбасу. 

Ключові слова: стійкість зовнішніх відвалів, розкривні породи, слабка основа, поверхня сковзання, коефіцієнт запасу стійкості, імітаційне моделювання, ризики деформування. 

 

 

Ткаченко Г.И. Разработка метода расчета устойчивости внешних отвалов с учетом неоднородности вскрышных пород и слабого основания. – Рукопись. 

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 15. 01 – маркшейдерия. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2008. 

Диссертация посвящена разработке метода расчета устойчивости внешних отвалов с учетом неоднородности вскрышных пород и слабого основания. 

На основе анализа современного состояния внешнего отвалообразования на карьерах Криворожского железорудного бассейна, применяемых инженерных методов расчета устойчивости установлено, что на современном этапе решение задачи устойчивости традиционными методами не обеспечивает надежности оценки и полной безопасности отвалообразования из-за необходимости использования и обработки больших объемов исходной геолого-маркшейдерской информации, отсутствия учета ее вероятностного характера; несоответствия потребностей современного горного производства существующей нормативно- методической базе для расчета устойчивости отвалов. 

Основная цель работы – повышение эффективности и безопасности процесса отвалообразования путем разработки метода расчета устойчивости внешних отвалов с учетом реального состава вскрышных пород и слабого основания. 

Впервые для расчета коэффициента запаса устойчивости внешних отвалов на слабом основании используется форма поверхности скольжения, которая состоит из комбинации кривых второго порядка и кусочно-линейных функций. В отличие от известных методов, наиболее обоснованная форма поверхности скольжения в бортах отвалов достигнута учетом неоднородности вскрышных пород и грунтов слабого основания, что позволило повысить точность расчета коэффициента запаса устойчивости на 3, 8-12, 2%. 

Впервые для исследования устойчивости внешних отвалов и количественной оценки рисков их деформирования разработана имитационная модель, в которой отвал и его основание рассматриваются как единая динамическая система со случайно распределенными физико-механическими свойствами вскрышных и горных пород. С помощью имитационной модели «отвал-основание» установлены закономерности изменения коэффициента запаса устойчивости от геометрических параметров отвала, мощности слабого слоя и обводненных пород основания при различных вариантах отсыпки вскрышных пород. 

Методом численного моделирования получены эмпирические распределения коэффициента запаса устойчивости. Установлено, что учет литологии и обводненности горных пород в основании отвала до глубины 15-20 м позволяет уточнить коэффициент запаса устойчивости на 12-15%. Дальнейшее увеличение мощности слабого слоя основания и учет его геолого-литологической структуры изменяет значение величины коэффициента запаса устойчивости только на 1-3%. 

Впервые определены риски деформирования внешних многоярусных отвалов, что позволило при расчете коэффициента запаса устойчивости прогнозировать изменение его значения с учетом неоднородности вскрышных пород при разных вариантах отсыпки. 

Исследования, выполненные на имитационной модели, послужили базой для создания методики расчета устойчивости внешних отвалов с учетом неоднородности вскрышных пород и слабого основания. 

Информационной основой является цифровая модель системы «отвал-основание», структура которой содержит информацию о геометрических параметрах отвалов, геолого-литологическом строении слабого основания, физико-механических характеристиках вскрышных пород и грунтов основания, обводненности горных пород. 

Полная автоматизация метода расчета устойчивости внешних отвалов на слабом основании достигнута построением линий разрезов и расчетных профилей, использованием цифровых моделей «отвал-основание», математическим моделированием формы поверхности скольжения в отвале и основании, применением компьютерных технологий при обработке геолого-маркшейдерской информации и создании геомеханической базы данных. 

Поставлена и решена новая научно-прикладная задача, реализация которой в реальных условиях обеспечивает высокую точность и оперативность расчета коэффициента запаса устойчивости, что способствует повышению эффективности и безопасности отвалообразования. 

Результаты диссертационной работы прошли апробацию в условиях внешнего отвалообразования Кривбасса и приняты к практическому использованию соответствующими службами горнорудных предприятий. 

Ключевые слова: устойчивость внешних отвалов, вскрышные породы, слабое основание, поверхность скольжения, коэффициент запаса устойчивости, имитационное моделирование, риски деформирования. 

 

 

Tkachenko G. External mine dump rigidity calculation method taking into account heterogeneity of overburden breeds and weak foundation is developed. − The manuscript. 

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand. Tech. Sci. on specialty 05. 15. 01 − mine surveying − Kryvyi Rih technical university, Kryvyi Rih, 2008. 

This dissertation is devoted to external mine dump rigidity calculation method taking as principle heterogeneity of overburden breeds and dump weak foundation, which reaches with the help of sliding surface consisting of first and second order curves form usage, and allows to reduce weaker sliding surface location inaccuracy and to increase durability stock coefficient calculation accuracy. For the first time the external dump simulation modeling method is used. 

Overburden breeds and weak foundation ground physical and mechanical properties casual distribution nature is taken into account with the help of this method. Dump layer deformation risks are determined. 

Durability stock ration of supply changing regularities depending on external dump geometrical parameters, weak basis flood and power for different variants of overburden breeds dumps are set. On the basis of made investigations it is developed applied program package for external dump rigidity calculation. Its possibility and efficiency is proved by practical introductions of Kryvyi Rih ore-mining enterprises. 

Keywords: stability of external mine dumps, overburden breeds, weak foundation, surface slide, ration of supply stability, simulation modeling, risk deformations.