Исследование закономерностей, определяющих геометрию поверхности скольжения в откосах и расчетные характеристики, в изотропных горных массивах

• Автор: Жабко, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 25.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА
1.1 Методы расчета устойчивости однородных откосов
1.2 Поверхности скольжения
1.3 Сцепление массива горных пород
1.4 Нормативный коэффициент запаса устойчивости
Выводы по главе
2. ОБОСНОВАНИЕ ГЕОМЕТРИИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ В ИЗОТРОПНЫХ ОТКОСАХ
2.1 Теоретическое обоснование формы и положения потенциальной поверхности скольжения
2.2 Сравнение поверхностей скольжения и рациональный учет между-блоковых реакций
2.3 Моделирование эквивалентными материалами
Выводы по главе
3. ПРИЛОЖЕНИЕ МЕТОДА ПРЕДЕЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1 Определение сцепления массивов скальных трещиноватых горных пород
3.2 Исследование закономерностей влияния основных факторов на величину сцепления массива горных пород
3.3 Определение сцепления образцов горных пород и трещин
3.4 Установление величины нормативного коэффициента запаса из условия максимизации параметров откоса
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Обеспечение устойчивости бортов карьеров относится к важнейшему вопросу технологии отработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. С устойчивостью бортов карьеров связаны безопасность горных работ, обоснование предельных углов наклона бортов, предельная глубина карьеров и объемы вскрышных работ.
При большой глубине карьеров изменение предельного угла наклона бортов на 3-4° приводит к изменению объема вскрышных работ на миллионы кубометров. Например, при глубине карьера 300 м увеличение угла наклона борта с 30° до 34° приводит к сокращению объема вскрышных работ на 10,8 млн. м1 с 1 км протяженности борта. Если учесть, что протяженность бортов действующих и строящихся карьеров измеряется десятками километров, то становится очевидным значение определения оптимальных углов наклона устойчивых бортов карьеров. Завышенные углы откосов приводят к возникновению оползней и обрушений, которые причиняют значительный ущерб предприятиям, нарушая нормальный технологический процесс добычных и вскрышных работ, ведут к большим потерям готового к выемке полезного ископаемого и вызывают необходимость многократной перевалки оползающих масс горных пород. Обрушения бортов представляют опасность для работающих в карьере людей, механизмов и транспортных коммуникаций.
Погрешность метода расчета устойчивости откосов оценить достаточно сложно ввиду отсутствия эталона, вместе с тем рекомендуемые действующим нормативным документом методы расчета предусматривают их относительное расхождение равное 20 % [1]. Погрешность задания поверхности скольжения при расчете некоторые авторы оценивают величиной 10 % [2]. Что касается погрешностей прогнозирования механических характеристик горных пород, отметим, что ошибка оценки угла внутреннего трения редко превышает 2-3 градуса [3]. Иначе обстоит дело с определением величины сцепления массива горных пород. При его обосновании разными методами
результаты могут отличаться между собой в 2 - 4 раза [4], что делает расчет и найденные предельные параметры откосов недостоверными. Для снижения риска, вызванного погрешностями определения физико-механических характеристик, незнанием или не учетом других факторов используют нормативный коэффициент запаса устойчивости. Обоснование величины нормативного коэффициента запаса устойчивости бортов карьера, в условиях неопределенности, является сложнейшей задачей, так как его значение, с одной стороны, определяет безопасность, а с другой — экономическую эффективность открытых горных работ.
Все перечисленное выше предопределяет надежность прогнозирования предельных параметров откосов, вместе с тем главным связующим звеном выступает поверхность скольжения. Поэтому обоснование формы и положения потенциальной поверхности скольжения в однородных откосах следует считать актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.
Объектом исследований являются откосы бортов карьеров и уступов, сложенные изотропными массивами горных пород.
Предметом исследований выступают- закономерности, определяющие геометрию поверхности скольжения и расчетные характеристики вдоль этой поверхности.
Целью диссертации является исследование факторов и закономерностей, определяющих геометрию поверхности скольжения, для повышения надежности обоснования расчетных характеристик и предельных параметров однородных откосов.
Идея работы состоит в учете двухсторонней взаимосвязи между геометрией поверхности скольжения и прочностными характеристиками массивов.
Задачи диссертационной работы:
1. Разработать математическую модель потенциальной поверхности скольжения, используя строгий метод расчета однородных откосов.

Существуют и другие попытки обоснования величины сцепления структурно нарушенных пород. Так, Г.Я. Новик [88], используя теорию Риттинге-ра (работа дробления прямо пропорциональна величине площади вновь образованной поверхности), получил зависимость
где стсм, ос - предел прочности на сжатие соответственно массива и образца горных пород; Е„, Ек - модуль упругости в массиве и образце.
Если преобразовать уравнение (1.4) для коэффициента структурного ослабления, то можно увидеть его общность с формулой В.И. Борщ-Компонийца (рис. 1.3). Отметим, что равенство (1.4) получено из предположения идеальной упругости пород.
В статье [89] описывается подход к созданию методики определения прочности массива при помощи взрыва. Однако можно указать, по меньшей мере, два фактора, которые не позволяют рекомендовать данный способ: дробление пород взрывом обусловлено в основном растягивающими напряжениями [58, 90]; невозможность точного определения КПД взрыва.
Институтом “ Унипромедь “ [91, 92] проведены исследования по применению геофизических методов для определения сцепления массива. Инте-гралыгость получаемых показателей и невозможность учета геометрических характеристик трещиноватости делают эти методы непригодными.
Известны попытки оценки сопротивления сдвигу по микродеформациям в слабых породах [93], а также по характеру деформирования в околопре-дельном состоянии [94]. Вопрос о возможности применения данных подходов тесно связан с механизмом деформирования и разрушения трещиноватых сред, и в настоящее время не разрешен.
Иногда удается установить корреляционные зависимости между сцеплением массива и физико-техническими параметрами разработки (коэффициентом крепости) [95]. Однако тесная взаимосвязь, наблюдается лишь в случае малоизменчивой структуры.
(1.4)