Методика оценки состояния и районирования бортов глубоких карьеров по фактору устойчивости

Для оценки устойчивости бортов карьеров в ДГП «ВНИИцветмет» разработан программный комплекс «БОРТ». Алгоритм программного комплекса «БОРТ» базируется на теории предельного равновесия горных пород [1, 2, 3], согласно которой нарушение устойчивости карьерного откоса происходит в форме обрушения или сползания пород по поверхности скольжения, представляющей собой комбинацию прямолинейных и криволинейных участков.

В соответствии с принятыми положениями для задаваемой точки на борту карьера или уступа строится поверхность скольжения и для неё производится расчёт коэффициента устойчивости n, который вычисляется как отношение сумм сдвигающих и удерживающих сил, действующих по поверхности скольжения. В задаваемом диапазоне рассматриваемой поверхности откоса строится зависимость n=f(Бi) и определяется минимальный коэффициент запаса устойчивости и ширина призмы возможного обрушения.

В программном комплексе «БОРТ» реализован метод прямого перебора всех возможных положений линии скольжения с фиксированным шагом приращения. В качестве основы для разработки программы компьютерного моделирования использована расчетная схема, разработанная в КарГТУ [4] проф. Поповым И.И., проф. Шпаковым П.С., проф. Покладом Г.Г. и др.

Программный комплекс разработан в среде программирования Delphi и представляет собой многооконное приложение (рисунок 1), предназначенное для использования на персональных компьютерах в среде Windows-95 и выше.

Программный комплекс позволяет оценивать устойчивость борта любой конфигурации и рассчитывать коэффициент запаса устойчивости откоса в любой точке борта при заданном его контуре и определённых механических характеристиках пород (сцепление, угол внутреннего трения, объёмный вес).

Особенностью программного комплекса «БОРТ» является то, что заложенный в нем алгоритм позволяет решать не только плоскую задачу в пределах одного сечения борта карьера, но и получать объемное решение при совместном использовании результатов расчета с геоинформационной системой Surpac.

Развитием возможностей программного комплекса «БОРТ» является разработка ряда технологий его совместного использования с геоинформационной системой Surpac как для подготовки качественных исходных данных для расчетов, так и для групповой обработки результатов расчетов по отдельным сечениям. В частности, одна из разработанных технологий позволяет представить серию результатов расчетов по отдельным сечениям в виде карты устойчивости карьера, что позволяет произвести районирование бортов карьера по фактору устойчивости.

1 – окно главного меню программы и строка сообщений и подсказок; 2 – окно ввода основных параметров расчета и управления расчетом (главное окно); 3 – окно графического ввода контура борта и вывода результатов расчета в графическом представлении; 4 – окно представления контура борта в табличном виде (координаты точек перегиба); 5 – окно ввода условно-постоянных коэффициентов; 6 – окно вывода результатов расчета в текстовом виде

Рисунок 1 – Общий вид экрана и основные
рабочие окна программного комплекса «БОРТ»
Основными исходными данными для оценки устойчивости бортов карьера с использованием программного комплекса «БОРТ» являются средневзвешенные показатели объёмного веса, сцепления и угла внутреннего трения, входящие в расчётное сечение пород прибортового массива карьера.

Для оценки устойчивости уступов и бортов Соколовского карьера АО «ССГПО» в 2008 году ДГП «ВНИИцветмет» выполнены дополнительные исследования физико-механических свойств скальных горных пород на глубоких горизонтах карьера.

С учетом процентного соотношения основных вмещающих пород в прибортовых массивах Соколовского карьера определены средние расчетные значения физико-механических свойств горных пород для различных областей карьера, которые использовались в качестве исходных данных для оценки состояния устойчивости бортов (таблица 1).

Таблица 1 – Средние значения прочностных характеристик горных пород

При оценке устойчивости прибортовых массивов Соколовского карьера использовался веер сечений, равномерно покрывающий борт карьера и по возможности расположенный перпендикулярно уступам борта (рисунок 2).

Общая характеристика наиболее характерных расчётных сечений борта карьера представлена в таблице 2.

Результаты оценки устойчивости бортов Соколовского карьера приведены в таблице 3.

При экспортировании результатов расчета программного комплекса «БОРТ» по всем расчетным сечениям в геоинформационную систему Surpac получена объединенная модель Соколовского карьера, представленная на рисунке 3.

Полученная цифровая объединенная модель использована при разработке карты устойчивости карьера. Данная карта позволяет оценить снижение устойчивости бортов карьера, выявить наиболее слабые участки, разработать и моделировать мероприятия по повышению их

устойчивости. При этом можно оценить объёмы работ по созданию призмы упора либо по разгрузке бортов путём выполаживания карьерных откосов и т.д.

Анализ результатов оценки состояния устойчивости прибортовых массивов Соколовского карьера (таблица 3) показал, что борта карьера находятся в устойчивом состоянии. Коэффициент запаса по всем рассчитанным сечениям превышает 1: минимальное значение коэффициента запаса устойчивости относится к сечению S11 на южном борту карьера и равно 1,11.

Рисунок 2 – Расчётные сечения борта