CC BY
51
ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ
- © Н.Н. Мельников, А.А. Козырев, 2015
УДК 622.831
Н.Н. Мельников, А.А. Козырев
ИЗМЕНЕНИЕ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ВЕДЕНИИ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ НА ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ
Приведены данные о наиболее глубоких крупных карьерах мира в скальных породах. Проанализированы применяемые крутые углы откосов бортов на конечном контуре, достигающие в мировой практике 55-58°. Показаны примеры наиболее крупных обрушений участков борта и причины их вызывающие. Исследована роль горизонтальных тектонических напряжений при оценке устойчивости бортов карьера.
Ключевые слова: глубокие карьеры, устойчивость бортов, обрушения пород, напряжения, мониторинг.
В последние годы намечена тенденция углубления открытых горных работ, как в зарубежной, так и в отечественной практике при отработке месторождений полезных ископаемых. Так проектная глубина наиболее крупных современных карьеров в скальных породах достигает 500-1200 м (табл. 1).
Сроки существования таких гигантских карьеров составляют до 100 и более лет, как, например, карьер «Бингем Каньон» в США, карьер «Чукикамата» в Чили и др. (рис. 1).
Объемы добычи руды на таких карьерах достигает 50-75 млн т/год.
В России и странах ближнего зарубежья фактическая глубина карьеров составляет - 360-650 м.
В Казахстане проектная глубина карьера Нурказган корпорации «Казахмыс» — 600 м. Проектом разработки карьера Актогай Южный предусмотрена глубина 705 м, а карьера Айдары - 890 м при отработке медного Актогай-Айдарлинского месторождения.
Достижение таких глубин при рентабельной их отработке возможно лишь за счет укручения бортов карьеров и снижения соответственно коэффициентов вскрыши. При этом в отечественной и зарубежной практике есть положительные примеры отстройки борта карьера в конечном положении под углами 45-55° при организации соответствующей системы геомониторинга.
00 Таблица 1
Основные параметры наиболее крупных карьеров
Название Местоположе- Пример- Длина и Ориентиро- Предмет добычи Производительность
ние ная текущая глубина, м ширина в плане, км вочный генеральный угол борта
Бингем США, штат 1200 4x3,8 30—46° Медь, молибден, Порядка 50 млн т.
Каньон Юта золото в руды в год.
(Kennecott Bingham Canyon Mine)
Чукикамата Чили, 850 4,3x3 В среднем Медь, золото, 75 млн т. руды в год
(Chuquicamata) г.Антофагаста 37° серебро, рений, селен
Палабора (Palabora) ЮАР 700 1,9 х 1,7 45—58° Медь Добыча открытым способом не осуществляется с 2002г. Производительность 30 млн т руды в год.
Карьер Фи-мистон - Су- Австралия, Калгури 660 3,7 х 1,5 Золото Ежегодно из карьера добывается =15 млн т руды.
пер карьер (Fimistone Open pit -Super Pit)
Эскондида Чили, 620 3,8x2,7 30—32° (В Медь, золото, 35 млн т руды в год (Escon-
(Escondida) г.Антофагаста 2003г планировали увеличить до 60) серебро dida+ Escondida Notre)
Бингем США, штат 1200 4x3,8 30—46° Медь, молибден, Порядка 50 млн т.
Каньон Юта золото в руды в год.
(Kennecott
Bingham
Canyon Mine)
Чукикамата Чили, 850 4,3x3 В среднем Медь, золото, 75 млн т. руды в год
(Chuquicamat г.Антофагаста 37° серебро, рений,
a) селен
Палабора ЮАР 700 1,9 х 1,7 45—58° Медь Добыча открытым способом не
(Palabora) осуществляется с 2002г. Производительность 30 млн т руды в год.
Карьер Фи- Австралия, 660 3,7 х 1,5 Золото Ежегодно из карьера добыва-
мистон - Су- Калгури ется =15 млн т руды.
пер карьер (Fimistone
Open pit -Super Pit)
Эскондида Чили, 620 3,8x2,7 30—32° (В Медь, золото, 35млн тонн руды в год
(Escondida) г.Антофагаста 2003г планировали увеличить до 60) серебро (Escondida+ Escondida Notre)
Мурунтау Узбекистан, Зарафшан (пустыня Ка-зылкум, Наво-ийская обл.) 600 3,5x2,5 30° — 37° Золото 18 млн т руды в год
Окончание табл. 1
Название Местоположение Примерная текущая глубина, м Длина и ширина в плане, км Ориентировочный генеральный угол борта Предмет добычи Производительность
Сибайский карьер Россия, г.Сибай 600 2x2 35° _ 40° Медь, цинк, сера Отработан в 2004 году. Максимальная производительность карьера была 2 млн т.
Удачное Россия, г. Удачный (Якутия) 600 1,7 х 1,3 38°-44° Алмазы Объем ежегодной добычи составляет 11 млн т руды
Карьер Лебединского ГОКа Россия, Губкин (Белгородская область) 600 5x4 32° Железо Годовая производительность карьера по горной массе - более 100 млн т, в том числе около 50 млн т приходится на железистые кварциты
Рудник Грас-берг (Grasberg mine) Индонезия, провинция Папуа 550-600 2х 1,8 34-48° Золото, медь За год из карьера добывается =16 млн т руды в год. Производительность всего рудника (вместе с подземным) -67 млн т в год.
Бату-Хиджау (Batu Hijau) Индонезия 550 2,5x2,2 Золото, медь 47 млн т руды в год.
Мир Россия, г. Мирный (Якутия) 535 1,2 х 1,2 50° — 55° Алмазы На 2001 г. не отрабатывается открытым способом Добывал 4 млн т руды в год или 24 млн т породы в год.
Карьер То-кепала (Toquepala Cooper Mine) Перу,Такна 500 2,5 Медь, серебро, молибден, рений, цинк 22 млн т в год. К 2017 планируется увеличить вдвое.
Эскондида Норт (Escondida Notre) Чили, Антофа-гаста 500 1,6 х 1,4 До 53° Медь, золото, серебро 35 млн т руды в год, 1.3 млн т меди в год (Escondida+ Escondida Notre)
Ковдорский ГОК Россия, Ковдор (Мурманская обл.) 500 2,3 х 1,6 45° — 55° в зависимости от участка борта Железная руда, апатит, баделитовый концентрат 18 млн т руды в год
Карьер Центральный АО «Апатит», Россия, Апати-то-Кировский район (Мурманская обл.) 500 2x3,5 45° — 50° в зависимости от участка борта Апатитовый и нефелиновый концентрат 25 млн т руды в год (в период максимального развития горных работ)
Кадиа-Хилл (CadiaHill) Австралия 500 1,5 х 1,5 33° — 49° Золото, медь -
Карьер Олимпиа- динский Россия, Лесо-сибирск, Же- лезногорск (Красноярский край) 450 1,2 42° — 44° Золото 10 млн т руды в год
Санрайс Дам (Sunrise Dam Gold Mine) Австралия 440 2,1 х 1,2 30° — 42° (имеется участок 59°) Золото Работы открытым способом почти не ведутся.
Айтик (Aitic) Швеция 430 Зх 1,2 42° —51° Медь 27 млн т руды в год
Карьер Стойленско-го ГОКа Россия, Старый Оскол (Белгородская область) 370 3x2,8 Железо 15 млн тонн железорудного концентрата в год.
Карьер Михайловского ГОК Россия, Желез-ногорск (Курская область) 350 7x3 Железо 30 млн т. железной руды в год
Рис. 1. Вид крупных глубоких карьеров при отработке месторождений в скальных массивах: а - Бингем каньон, США, штат Юта; б - Чуки-камата, Чили, г. Антофагаста; в - Эскондида, Чили, г. Антофагаста; г -Токепала, Перу.
Например, Brawner в одной из своих работ приводит следующие примеры: борт карьера Flintkote Mine (Канада) отстроен в гранитах под углом 70°; борт карьера Cleveland Cliffs (США) отстроен под углом 80° при высоте борта 120 м; борт карьера Westfrob Mine (Канада) глубиной 244 м отстроен с общим углом наклона 55о [1]. По данным A.Stewart, F.Wessels, B.Bird на карьере Palabora (ЮАР) реализованы генеральные углы откосов бортов до 58° с использованием вертикальных откосов уступов высотой 30 м [2]. J.Sjoberg, U.Norstrom приводят данные, что на карьере Aitik (Швеция) в сложных горно-геологических условиях угол откоса борта в конечном положении достигает 51° [3].
В отечественной практике ведения горных работ также есть примеры строительства достаточно крутых бортов карьеров. Так по данным работы [4], на карьере Айхал (Якутия) углы откосов бортов в глубокой части карьера составляют 70-80°. По данным Э.Л.Галустьяна на Целиноградском горно-химическом комбинате один из участков борта карьера высотой 120 м был отстроен под углом 55° [5]. По данным В.Н.Мосинца [6] на одном из карьеров борт высотой 90 м отстроен с результирующим углом 63°.
Отработка таких мощных карьеров сопровождается выемкой руды на площади до 15-16 км при глубине до 1.0 км.
Принимая плотность руды и пород в пределах 3.0 т/м3 при
о
извлекаемом объеме 15-16 км , вес извлеченной массы составит 45-48 млрд т при полной отработке карьера.
Столь крупномасштабная выемка и перемещение горной массы приводят к изменению напряженно-деформированного состояния прилегающего массива, упругому и упруго-пластическому деформированию пород в бортах, их хрупкому разрушению, проявляющиеся в обрушениях отдельных участков борта, сдвига пород по плоскостям нарушений в виде медленных движений (крип), либо в виде быстрого разрушения (техногенные землетрясения)
Такие виды неустойчивости бортов карьеров стали отмечаться повсеместно как при отработке рудных, так и угольных месторождений.
Наиболее крупное обрушение участка борта произошло 11 апреля 2013 г. как раз на самом глубоком (1200 м) и длительно отрабатывающемся (более 100 лет) карьере «Бингем Каньон» в США (рис. 2). Объем обрушения пород составил более 55 млн м3, или 165 млн т. При этом люди были своевременно выведены из опасной зоны, поскольку службой мониторинга были зафиксированы опасные смещения участка борта (до 5 см/сутки) и работы были приостановлены. При этом было завалено 2/3 рабочего пространства на дне карьера, засыпаны 14 гигантских самосвалов, разрушено несколько зданий и сооружений. Ущерб оценивается в 1 миллиард долларов. Это обрушение было записано сейсмической системой и квалифицировано как сейсмособытие с магнитудой М=5.1.
Мощные сейсмические события магнитудой М>3.0 происходили и на других рудниках. Так на карьере рудника «Центральный» АО «Апатит». Такие события отмечены 26.10.1995 г., 24.09.2004 г., 25.05.2005 г. 25.05.2009 г. Здесь объемы извлеченной и перемещенной горной массы превысили 350 млн м3.
Рис. 2. Вид карьера Бингем каньон (the Bingham canyon mine) США, штат Юта (а) и наиболее крупное обрушение участка борта (б)
-Длина трещин -»-Энергия
Рис. 3. Проявление сейсмичности на Центральном руднике АО «Апатит»
За счет выемки горной массы на глубину до 500 м была снята вертикальная нагрузка, при сохранении действия горизонтальных тектонических напряжений, вследствие этого происходили надвиги либо сдвиги по имеющимся в массиве плоскостям структурных ослаблений и активизация сейсмичности (рис. 3).
Крупное обрушение борта произошло на карьере рудника «Кумтор» в Киргизии 8 июля 2002 г. (рис. 4). Объем обрушения превысил 2.7 млн м3, причем обрушениями была охвачена средняя часть борта карьера с отметки 4298 м до отметки 4018 м. Ширина зоны обрушения составила 250 м, высота около 280 м. Средняя глубина отрыва обрушения от поверхности борта составила 40 м. Обрушение началось с выброса породы на участке длиной около 100 м, расположенном на 70-80 м выше основного обрушения. Следом за выбросом наблюдалось сотрясение поверхности борта и обрушение скального массива. Весь процесс длился не более 10 сек. Обрушение в верней части произошло по крутопадающему разлому [7].
Рис. 4. Рудник Кумтор (Киргизия): обший вид и а) до; б) после обрушения борта
Отмечаются техногенные землетрясения при ведении открытых горных работ на рудниках США. Так по данным A.McGrarra, D. Simpsona, L. Seebera [8] землетрясение с М « 3.3 произошло при ведении открытых горных работ вблизи Wappingers Falls, New York. Событие приурочено к глубине 0,5-1 5 км под дном карьера длиной более 1.0 км. На этом месторождении установлено действие тектонических напряжений.
В течение 1992-1997 гг. отмечалась серия техногенных землетрясений на открытых разработках в Cacoosing Vallte непосредственно под карьером. Наиболее сильное событие было в январе 1994 с М=4.3 с активизацией разлома на глубину до 2.0 км непосредственно под горными работами [8].
Другой пример техногенной сейсмичности был приведен в области Belchatow (Польша), где отмечено сейсмическое событие с М«4,6 при открытой разработке угля. Карьер имел размеры 1х2 км по площади и глубину всего 100 м [8].
Подобное событие с магнитудой М~5.8 произошло на Бачат-ском угольном разрезе в Кузбассе (Россия) 16.06.2013 г. также на глубине разреза не превышала 150 м. Глубина очага по разным оценкам 4.0 км (рис. 5).
В США, штат Калифорния, в Домрокском диатемитовом карьере произошло 4 сейсмических события с магнитудой M>3 в интервале между 1981-1995 г.г. [9]. Длина карьерной выемки превышала 1000 мг Разлом проявился на уступе карьера. Это активная по тектоническим проявлениям калифорнийская зона.
В Австралии при отработке никелевого месторождения ВНР BilHton Nikel Wests отмечались сейсмические проявления под карьером при действии в массиве высоких горизонтальных напряжений [10].
В России на Ковдорском карьере произошло обрушение участка восточного борта 24.08.2015 г. с размерами: длина по верхнему фронту - 100 м; по нижнему -170 м, высота обрушения 105 м, глубина - 15 м, объем обрушившейся горной
массы ~ 100 тыс. м . При Рис. 5. Бачатский угольный разрез. этом персонал был своевре- Разрушение административных зда-менно выведен, однако на- ний вследствие техногенного землетрясения
Рис. 6. Нарушение конструкции уступов на восточном участке борта карьера рудника «Железный» 24 августа 2015 г.
рушен режим работы на данном участке, создана угроза безопасности ведения горных работ. Обрушение произошло по плоскостям ослаблений, подсеченным горными работами (рис. 6).
Рассматривая выше приведенные обрушения, можно видеть, что их причиной являлись либо повышенные углы борта в слабых осадочных породах, либо подсечение уступами неблагоприятно ориентированных плоскостей ослаблений, либо формирование в борту трещин отрыва с последующим обрушением пород. Возможен также механизм, связанный со сдвигом или надвигом пород по плоскостям ослаблений при действии в массиве избыточных горизонтальных тектонических напряжений. Все эти механизмы обусловлены действием в массиве борта растягивающих или сжимающих напряжений, а также касательных напряжений на площадках ослаблений.
Обоснование устойчивости откосов бортов карьеров связано с решением следующих задач:
• исходное напряженное состояние массива пород месторождения;
• структурно-тектоническое строение массива;
• физико-механические свойства руд и вмещающих пород;
• физико-механические свойства заполнителей трещин и разломов;
• фильтрационная способность массива
• геометрия карьерного пространства;
• формирование техногенных полей напряжений при ведении горных работ;
• критерии формирования плоскостей трещин и нарушений в прибортовом массиве;
• направление и скорость перемещений отдельных участков блочного массива;
• влияние технологии ведения буровзрывных работ;
• сейсмическое воздействие природных тектонических явлений (землетрясения).
Таким образом, на устойчивость откосов бортов карьеров оказывает влияние большое число природных и техногенных факторов, которые могут действовать как самостоятельно, так и в комплексе. Традиционно методы расчета устойчивости бортов, откосов уступов и отвалов основаны на теории предельного равновесия горных пород. Исходные положения, на которых базируются методы расчета, следующие:
• нарушение устойчивости откоса борта (уступа) происходит в форме обрушения или сползания слагающих откос пород по поверхности скольжения при превышении сдвигающими силами удерживающих по этой плоскости;
• при отсутствии в откосе неблагоприятно расположенных поверхностей ослабления массива на разрезе поверхность скольжения является монотонно криволинейной, близкой по форме к круглоцилиндрической.
• при наличии в откосе неблагоприятно ориентированных поверхностей ослабления поверхность скольжения полностью или частично совпадает с ними
В настоящее время существующие теоретические подходы к обоснованию устойчивых углов и откосов бортов карьеров, как правило, не учитывают реального напряженно-деформированного состояния массивов скальных горных пород, полагая, что оно обусловлено только собственным весом вышележащих пород. Во-вторых, не учитывается иерархично-блочное строение массивов горных пород, т.е. соотношение структурных нарушений различного ранга и размеров конструктивных элементов карьера (борта, уступы и т.д.).
Рассмотрим распределение напряжений в прибортовом массиве карьера при действии в нетронутом массиве поля напряжений гравитационного типа, а также при совместном действии гравитационных и тектонических напряжений. Причем рассмотрим распределение напряжений для обычного карьера с размерами, подобными Ковдорскому карьеру методом конечных элементов с использованием программы Sigma GT, разработанной в Горном институте КНЦ РАН (рис. 7).
На рис. 8-12 (см. Приложение, с. 433-435) показано распределение главных напряжений amax и amin для карьера глубиной 340 м и 1000 м под действием собственного веса и совместного действия гравитационных и тектонических напряжений в сечениях по длинной и короткой осям карьера.
Действие горизонтальных тектонических напряжений принципиально меняет распределение главных напряжений в окрестности карьера (рис. 7). Если для карьера глубиной 340 м при дей-
ствии только лишь веса пород в прибортовом массиве максимальные напряжения сжатия величиной до 10 МПа на разрезах действуют параллельно борту, то с удалением от борта они становятся практически вертикальными. Максимальные напряжения сжатия приурочены к сопряжению борта и дна карьера, здесь же действуют и максимальные касательные напряжения. В дне карьера отмечается близкие к нулю напряжения сжатия сттах, достигая под дном карьера значений 10 МПа.
При совместном действии в массиве гравитационных и тектонических напряжений величина сжимающих напряжений сттах в бортах карьера по длинной оси дос-
Рис. 7. Схемы задания граничных тигает 30 МПа, в то время условий для расчетных вариантов: „ „л гп
. как по короткой оси 40-50
а) гравитационная постановка; б) с 1
учетом тектонических сил РТХ< МПа, под дном карьера ве-РТУ; в) с учетом тектонических сил личина напряжений Сттах РТХ>РТУ достигает 40-50 МПа, при-
чем направление этих напряжений в длинном борту параллельно длинной оси карьера, а в коротком борту - параллельно короткой оси борта и лишь в при-бортовом участке параллельно откосу борта (рис. 9).
Минимальные напряжения при действии собственного веса, как в длинном, так и в коротком борту в прибортовом массиве растягивающие, причем их величина достигает 3 МПа, что в трещиноватых, выветрелых породах может приводить к раскрытию трещин отрыва в бортах и в дне карьера.
При совместном действии гравитационных и тектонических напряжений в нетронутом массиве и в коротком и длинном бортах отмечаются лишь сжимающие напряжения стт^ величиной
до 5 МПа в бортах карьера и до 8-10 МПа в сопряжении борта и дна карьера. Причем в коротком борту сттп (сжатие) ориентировано вдоль этого борта, в длинном борту направление сжатия наклонно и ориентировано вглубь массива, а на удалении под дном карьера становится субгоризонтальным или горизонтальным. Таким образом, действие тектонических напряжений приводит к сжатию массива как от сттах, так и сттп, что повышает устойчивость бортов карьера.
Для карьера же глубиной 1000 м напряжения сттах в бортах сжимающие и ориентированы вдоль откоса бортов как в длинном, так и в коротком бортах. С удалением от контура откоса вглубь массива напряжения сттах ориентируются субвертикально и вертикально, причем их величина в верхней части карьера не превышает 10 МПа, а в нижней части - 20 МПа, т.е. массив пород умеренно сжат (рис. 10).
При совместном действии гравитационных и тектонических напряжений сттах в бортах везде сжимающие, причем величина напряжений достигает в верхней части короткого борта 20-30 МПа, а в нижней части и в сопряжении дна карьера 60-70 МПа, причем их ориентация вблизи откоса параллельна ему, выполаживаясь на удалении до субгоризонтального и горизонтального (рис. 11).
В длинном же борту в верхней части карьера напряжения сттах достигают 40 МПа, а в нижней части и под дном карьера - 50-60 МПа. Напряжения сттах в длинном борту ориентировано параллельно склону, переориентируясь на глубине до субвертикального.
Напряжения сттп в карьере глубиной 1000 м в верхней части карьера растягивающие по короткому борту, а в длинном борту растягивающие по всей высоте откоса борта, причем их величина достигает 3-4 МПа. Далее растяжение переходит в сжатие, сттп ориентировано вдоль борта, а далее переориентируется в субгоризонтальное напряжение величиной 5-10 МПа в крест направления борта (рис. 12).
При совместном действии гравитационных и тектонических напряжений в коротком борту карьера действуют лишь сжимающие напряжения стт„ величиной до 20-25 МПа, причем в коротком борту они действуют вдоль короткой оси, в сопряжении дна с бортом и в дне карьера действуют вертикальные напряжения, в длинном борту карьера в приконтурном массиве отмечаются незначительные напряжения растяжения в нижней половине карьера, а ниже в дне карьера напряжения сжатия в субгоризонтальном направлении величиной 20-25 МПа (рис. 13, см. Приложение, с. 435).
То есть массив везде сжат как в одном направлении, так и в другом направлении, что существенно повышает устойчивость массива горных пород.
Полученные данные позволяют сделать вывод, что при действии в нетронутом массиве тектонических напряжений устраняются условия проявления растягивающих напряжений стп в бортах карьера. Причем с углублением карьера с 340 м до 1000 м резко увеличиваются (до 60-80 МПа) максимальные сжимающие напряжения отах как в бортах карьера, так и в дне карьера, что может приводить к динамическим проявлениям горного давления в наиболее напряженных элементах карьера, формированию трещин скола в верхней части уступов карьера.
При действии же в массиве только лишь гравитационных напряжений как в неглубоком, так и в глубоком карьерах отмечается наличие в бортах минимальных напряжений растяжения в первом случае по всей глубине карьера, во втором (глубокий карьер) лишь в верхней его половине.
Наличие избыточных сжимающих и растягивающих напряжений в прибортовом массиве приводит к формированию в нем трещин сдвига и отрыва.
В результате проведенных исследований выполняется оценка устойчивости борта карьера в пределах выделенных структурных зон. Суть оценки состоит в определении коэффициента запаса устойчивости участка массива скальных пород, ограниченного со стороны карьера выработанным пространством, со стороны породного массива и с боков - выделенными структурными неоднородностями (рис. 14, см. Приложение, с. 435). При этом оценивалась возможность сдвига по указанным плоскостям с учетом действия как веса пород, так и горизонтальных сжимающих напряжений.
В результате расчетов было показано, что борт карьера может быть сформирован с генеральным углом откоса от 45° до 60° в зависимости от качества инженерно-геологической среды рассматриваемого участка массива. При этом на большей части контура возможно формирование высоких сдвоенных уступов (24 м) с вертикальными углами откосов. Реализация предложенной концепции укручения бортов карьера в массивах скальных трещиноватых пород возможна только в случае создания эффективных систем мониторинга их устойчивости. К настоящему времени в карьере рудника «Железный» организована система непрерывного мониторинга практически всего приконтурного массива пород.
Система включает в себя микросейсмические наблюдения, высокоточные деформационные наблюдения с использованием систе-
мы GPS, лазерной светодальнометрии, нивелирных наблюдений, контроль устойчивости отдельных уступов комплексом локальных методов (ультразвуковой каротаж, сейсмотомография, сейсмопрос-вечивание, метод телевизионной съемки скважин, метод разгрузки и т.д.). Общая схема мониторинга геомеханического состояния массива пород представлена на рис. 15 (см. Приложение, с. 436).
На рис. 16 (см. Приложение, с. 436) представлены результаты микросейсмического мониторинга юго-восточного борта карьера с использованием подсистемы JSS (ЮАР). Можно видеть несколько кластеров сейсмичности, вызванной микроразрушениями под дном карьера, в зоне имеющегося разлома, а также в раскрытии трещин вблизи уже сформированной плоскости обрушения. Микроразрушения происходят постоянно с энергией Е=102-103 Дж, но самое сильное событие было зафиксировано с энергией Е ~106 Дж.
Наблюдения с использованием методов спутниковой геодезии (GPS) и светодальномеров показали, что деформации массива на северном и северо-западных участках не выходят за пределы упругих, в то время как на юге, юго-востоке и востоке наблюдается режим неупругого деформирования массива пород и его разрушения.
Данные натурных наблюдений и моделирования геомеханического состояния массива пород позволяют отслеживать процессы его деформирования и разрушения, своевременно планировать соответствующие мероприятия, обеспечивающие безопасность горных работ.
Повышение устойчивости бортов глубоких карьеров может обеспечиваться за счет применения специальной технологии буровзрывных работ по заоткоске уступов и отработке приконтур-ных лент, укрепления откосов в карьерах за счет применения железобетонных свай, анкерной крепи, цементации, смолоинъекции, применения подпорных стенок и контрфорсов, покрытия откосов сеткой либо набрызг-бетоном, комбинированных способов, создания предохранительных берм и камнезащитных сооружений.
Одно из важных мероприятий по повышению устойчивости прибортового массива - это организация эффективного водоотлива и соответствующих дренажных систем, способствующих снижению водопритоков в карьер и его осушение.
Применение рационального комплекса геомеханических и геодинамических исследований геологической среды, учет влияния тектонических напряжений при оценке устойчивости бортов, применение специальных защитных и профилактических мероприятий,
создание систем геомеханического мониторинга позволяют решить проблему отработки глубоких карьеров в скальных иерархично-блочных массивах за счет укручения бортов карьеров.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Brawner CO. Recent lessons that have been learned in open-pit mine stability 11 Mining Engineering, 1986. — Vol. 38. — №8. — P. 823-830.
2. Stewart A., Wessels F., Bird B. Design, Implementation, and Assessment of Open Pit Slopes at Palabora over the Last 20 Years // Slope stability in Surface Mining-Littleton. — Colorado, USA, Publ. by SME, 2001. — Chapter 20. — P. 177-181.
3. Sjoberg J., NoTstrom U, Slope Stability at Aitik // Slope stability in Surface Mining — Littleton, Colorado, USA, Publ. by SME. — 2001 — Chapter 22. — P. 203-212.
4. Дюкарев В.П., Лазутин Э.С., Юрин H.H.,. Ильбульдин Д.Х Опыт открытой разработки кимберлитовых месторождений тр. «Айхал» и «Юбилейная» // Проблемы открытой разработки глубоких карьеров «Мирный-91». — Удачный, 1991. — Т. 1. — С. 15-25.
5. Галустьян Э.Л. Совершенствование конструкции нерабочих бортов карьеров // Горный журнал, 1996. — №1-2. — С. 93-98.
6. Мосинец В.Н., Лукьянов A.H, Федотов H.A., Рубцов С.К. Конструкция бортов глубоких карьерой // Проблемы открытой разработки глубоких карьеров «Мирный-91». — Удачный, 1991. — Т. 1. — С. 137-138.
7. Саркулов Т.С. Оценка устойчивости бортов карьера по данным натурных наблюдений // Горный журнал, 2005 — №6. — С.22-24.
8. AMcGarr, D. Simpson. L. Seeber. Case Histories of Induced and Triggered Seismicity. International Handbook of Engineering seismology Volume 81Ё, Part A. Edited by William H.,K.Lee, Hiroo Kanamori, Paul C Jenings and Karl Kisslinger. Published by Academic Press for International Association of Seismology and Physics of the Earths Interior. — Amsterdam, Boston, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapuro, Sydney, Tokio, Copyright, 2002. — C 647-661.
9. Яковлев A.B., Ермаков Н.И. Устойчивость бортов рудных карьеров при действии тектонических напряжений в массиве. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2006. — 231 с/
10. Gordon Sweby. What's shocking yor pit. - Newsletter: Australian Centre for Geomechanics, 2006. - P. 12. ПГСга
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Мельников Николай Николаевич — Академик РАН, Научный руководитель института, те1шкоу@доько^с.пе^ги,
Козырев Анатолий Александрович — доктор технических наук, профессор, заместитель директора института по научной работе, [email protected], Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук.
UDC 622.831
CHANGES IN GEODYNAMIC BEHAVIOR OF GEOLOGICAL ENVIRONMENT AT LARGE-SCALE DEEP OPEN-PIT MINING
Melnikov N.N., Academician RAS, Research Director of MI KSC RAS, Mining Institute of
the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Russia
Kozyrev A.A., professor, Dr.Sci. (Eng.), Deputy Director (Research) of MI KSC RAS, Russia.
The paper presents information on the deepest hard rock open-pits all over the world. The analysis has been made of applied steep angles of slopes on final boundaries, which achieve 55-580 in world practice. The examples of the largest collapses of pit walls have been demonstrated as well as causes triggering these events. Role of horizontal tectonic stresses when assessing slope stability has been studied. Excessive compressive and tensile stresses in near-boundary rock mass result in generating shear and rupture cracks. The authors estimate possibility of a shear along weakness planes with taking into account action both of rock weight and horizontal compressive stresses. Necessity in monitoring of deep open-pit walls with steep angles of slopes has been verified.
Key words: deep open-pits, slope stability, rock collapse, stresses, monitoring.
REFERENCES
1. Brawner CO. Recent lessons that have been learned in open-pit mine stability 11 Mining Engineering, 1986. Vol. 38. No 8. pp. 823-830.
2. Stewart A., Wessels F., Bird B. Design, Implementation, and Assessment of Open Pit Slopes at Palabora over the Last 20 Years // Slope stability in Surface Mining- Littleton. Colorado, USA, Publ. by SME, 2001. Chapter 20. pp. 177-181.
3. Sjoberg J., NoTstrom U, Slope Stability at Aitik // Slope stability in Surface Mining. Littleton, Colorado, USA, Publ. by SME. 2001. Chapter 22. pp. 203-212.
4. Djukarev V.P., Lazutin Je.S., Jurin N.N. Il'bul'din D.H Opyt otkrytoj razrabotki kimberlitovyh mestorozhdenij tr. «Ajhal» i «Jubilejnaja» (Experience in opencast mining of kimberlite deposits Tr. «Aikhal» and «Jubilee») // Problemy otkrytoj razrabotki glubokih kar'erov «Mirnyj-91». Udachnyj, 1991. V. 1. pp. 15-25.
5. Galust'jan Je.L. Sovershenstvovanie konstrukcii nerabochih bortov kar'erov (Improving the design outside of the pit) // Gornyj zhurnal, 1996. No 1-2. pp. 93-98.
6. Mosinec V.N., Luk'janov A.N, Fedotov N.A., Rubcov S.K. Konstrukcija bortov glubokih kar'eroj (Design the sides of a deep career) // Problemy otkrytoj razrabotki glubokih kar'erov «Mirnyj-91». Udachnyj, 1991. V. 1. pp. 137-138.
7. Sarkulov T.S. Ocenka ustojchivosti bortov kar'era po dannym naturnyh nabljudenij (Assessment of the stability of the pit walls according to field observations) // Gornyj zhurnal, 2005. No 6. pp. 22-24.
8. AMcGarr, D. Simpson. L.Seeber. Case Histories of Induced and Triggered Seismicity. International Handbook of Engineering seismology Volume 81H, Part A. Edited by William H.,K.Lee, Hiroo Kanamori, Paul C Jenings and Karl Kisslinger. Published by Academic Press for International Association of Seismology and Physics of the Earths Interior. — Amsterdam, Boston, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapuro, Sydney, Tokio, Copyright, 2002. — C 647-661.
9. Jakovlev A.B., Ermakov N.I. Ustojchivost' bortov rudnyh kar'erov pri dejstvii tektonicheskih naprjazhenij v massive (The stability of the sides of the ore quarries under the action of tectonic stresses in the array). Ekaterinburg: IGD UrO RAN, 2006. 231 p.
10. Gordon Sweby. What's shocking yor pit. Newsletter: Australian Centre for Ge-omechanics, 2006. P. 12.
