Геомеханическое обоснование устойчивости породных отвалов с учетом влияния характеристик разрушенной горной массы

• Автор: Гапонов, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 198 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л Анализ расчетных методов определения параметров развала взорванной массы
1.2 Техногенные породные массивы
1.3 Методы исследования структурных и механических параметров техногенных породных массивов
1.4 Формулировка задач исследования
ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРЫХЛЕНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ РАЗРУШЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
2.1 Лабораторные исследования зависимости разрыхления от гранулометрического состава разрушенной горной массы
2.2 Лабораторные исследования сжимаемости разрушенных горных пород
2.3 Развалы взорванной горной массы при ведении взрывных работ на глубоких карьерах
2.3.1 Характеристика развалов взорванной горной массы
2.3.2 Краткая характеристика технологии ведения буровзрывных работ на Михайловском ГОКе
2.3.3 Влияние параметров буровзрывных работ на форму развала
2.4 Другие приложения полученных зависимостей коэффициента разрыхления и сжимаемости разрушенных горных пород от однородности их гранулометрического состава
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ СДВИГОВОЙ ПРОЧНОСТИ И УГЛОВ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА РАЗРУШЕННЫХ ПОРОД
3.1 Методика исследований
3.2 Измерения углов естественного откоса
3.3 Измерения сцепления и углов внутреннего трения
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СКЛАДИРУЕМОЙ ОТВАЛЬНОЙ МАССЫ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ ОТВАЛОВ
4.1 Проблема устойчивости отвалов на глубоких карьерах и особенности отвалообразования на Михайловском ГОКе
4.2 Исследование устойчивости отвалов различного строения методами предельного равновесия
4.3 Создание численных моделей, учитывающих различное строение и физико-механические свойства массива отвала
4.4 Выводы и рекомендации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А КУМУЛЯТИВНЫЕ (ИНТЕГРАЛЬНЫЕ) КРИВЫЕ
МОДЕЛЬНЫХ ГРАНСОСТАВОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б КРИВЫЕ НАГРУЖЕНИЯ (ЗАВИСИМОСТИ
ПРОДОЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ОТ НАГРУЗКИ)
ПРИЛОЖЕНИЕ В КУМУЛЯТИВНЫЕ (ИНТЕГРАЛЬНЫЕ) КРИВЫЕ МОДЕЛЬНЫХ ГРАНСОСТАВОВ ПОСЛЕ ИСПЫТАНИЙ НА
СЖИМАЕМОСТЬ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ПАСПОРТА ПРОЧНОСТИ В КООРДИНАТАХ X - Т
ПРИЛОЖЕНИЕ Д РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ДЕФОРМАЦИЙ ОТВАЛОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Рост добычи полезных ископаемых сопровождается увеличением объемов отбиваемой горной массы, в том числе вскрышных пород. Складирование вскрышных пород требует больших подотвальных площадей, выключенных из хозяйственного оборота, что приводит к значительному экономическому и экологическому ущербу, особенно на территориях с высокой стоимостью и продуктивностью земли, например в районе Курской магнитной аномалии. Наиболее рациональными способами повышения емкости отвалов являются увеличение их высоты и исключение строительства отвалов на слабых грунтовых основаниях. Однако по мере формирования высоких отвалов, даже на прочном основании, в последних происходят деформации, которые могут привести к нарушению устойчивости отвальных откосов и оползням (например, на отвалах Михайловского ГОКа). Основной причиной потери устойчивости откосов отвалов на прочном основании является несоответствие их параметров физикомеханическим свойствам отвальной массы, в том числе недостаточный учет гранулометрического состава и вариаций прочности разрушенных пород.
Существенный вклад в изучение процессов разрушения, свойств разрушенных пород и процессов формирования насыпных откосов внесли А.И. Арсеньев, А.М. Гальперин, В.Г. Зотеев, Ю.А. Кашников, Ю.И. Кутепов,
H.A. Кутепова, Е.Н. Лаптев, М.Г. Менжулин, А.М. Мочалов, Г.П. Парамонов, O.A. Пахомов, В.Н. Попов, Б.Р. Ракишев, С.П. Решетняк, В.В. Ржевский, H.H. Розанов, А.Д. Сашурин, Е.А. Федорова, Г.Л. Фисенко, С.И. Фомин, Г.А. Холодняков,
С.В. Цирель и другие. Установлено, что свойства разрушенных пород определяются, с одной стороны, свойствами исходной породы, а, с другой стороны, ее гранулометрическим составом. Знание зависимостей разрыхления, угла естественного откоса и характеристик сопротивления сдвигу от параметров кусковатости и других характеристик разрушенных пород весьма важно для прогнозирования свойств отвальных пород. На основе таких зависимостей прогноз деформаций и устойчивости отвалов может быть выполнен еще на стадии

Рисунок 1.2 - Схема расчета устойчивости отвала на прочном основании
Поверхность скольжения начинается от линии вертикальной трещины отрыва Н9о расположенной у бровки верхней площадки:

Н90=— с£(45°— <р/2), (1.22)

где С - сцепление отвальных пород, Мпа; у - плотность отвальных пород, т/м3; <р - угол внутреннего трения отвальных пород, град.
Поверхность скольжения в верхней части строится под углом со=45°+ (р/2 к горизонту, в нижней она составляет угол 3=45°- ср/2 с поверхностью откоса. Далее на поперечном профиле отвала призму возможного обрушения разбивают на ряд элементарных блоков, после чего определяют угол наклона основания блока к горизонту (а,), площадь (5,) и вес Р,= который делят на нормальную А^,=Р,со
а, и касательную Т{=Р$т а, составляющие и длину поверхности скольжения в пределах рассматриваемого блока Затем по каждой поверхности скольжения рассчитывают коэффициент запаса устойчивости и:

(1.23)