CC BY
133
УДК 622.271.33:622.831:624.131.537
В.К. Бушков
ПРИМЕНИТЕЛЬНАЯ ПРАКТИКА КИНЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА УСТОЙЧИВОСТИ ПРИ ОБОСНОВАНИИ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
БОРТА КАРЬЕРА
Аннотация. Приведены результаты сравнительного анализа отечественной и зарубежной применительной практики сбора исходных данных, их систематизации, обработки и выполнения кинематического анализа. Установлено, что подходы к исследованиям и получению исходных данных, как в отечественной, так и в зарубежной практиках достаточно сходны. Их методологическая однородность заключаются в накоплении данных для статистического анализа путем изучения структурно-тектонического строения массива горных пород, установления условий залегания пород, выявлению слоистости, складчатости, сланцеватости пород, тектонических трещин большого протяжения, их интенсивности и в целом характера трещи-новатости пород. Выполнение кинематического анализа, для отечественной и зарубежной практик обоюдно одинаково, и направлено на выявление вероятных схем разрушения откосов уступов и определению, на их основе, оптимальных параметров последних с использованием критериев приемлемости в виде коэффициента запаса и/или вероятности обрушения. Намечены основные направления совершенствования отечественного подхода.
Ключевые слова: устойчивость откосов уступов карьеров, коэффициент запаса устойчивости, кинематический анализ, трещиноватость массива, стереограмма трещиноватости, схема деформирования.
Системообразующими элементами, оказывающими влияние на конечную геометрию карьера, обусловленную результирующими углами наклона его бортов, являются величины углов откоса стационарных уступов и ширины берм различного технологического назначения, рассматриваемые в их интегральной совокупности в границах анализируемого профиля борта.
Следует отметить, что обрушение скальных и полускальных откосов происходит по иным принципам, нежели развитие оползневых процессов в дисперсных грунтах. Главную роль при этом играют системы трещин, которые, пересекаясь
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-10-0-30-42
между собой, придают массиву блочное строение. В таком случае обоснование параметров откосов уступов и берм должно основываться на данных кинематического анализа, позволяющего оценить потенциальные режимы обрушения.
Данная статья нацелена на сопоставление ключевых принципов осуществления кинематического анализа, которые имеют место быть в отечественной и зарубежной применительной практике.
На рис. 1 и далее по тексту проиллюстрирован типичный подход к исследованиям, проводимым в области обоснования параметров откосов уступов и ширины берм, который в одинаковой
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 10. С. 30-42. © В.К. Бушков. 2018.
мере свойственен как для отечественной, так и для зарубежной практики.
Шаг 1: Статистический анализ — реализуемый по данным изучения структурно тектонического строения массива (выполняется в таблицах и на сетках стереографических проекций).
Шаг 2: Определение систем трещин — выполняется с целью установлению ориентировки, характера и интенсивности (азимут падения, угол падения, расстояния, размер и форму естественных блоков и др.), генетического признака (тектонические нарушения разного порядка, сетка трещиноватости) и соподчинен-ности (основная система, подчиненные системы).
Шаг 3: Районирование — выполняется с целью выявления пространствен-
ной локализации и ориентации систем относительно откосов карьера.
Шаг 4: Кинематический анализ — на основе выделенных наборов систем осуществляется поиск потенциального механизма деформирования откосов уступов.
Шаг 5: Определение параметров уступа — на основе ориентации и месте заложения уступа в пространстве карьера, потенциальной схемы деформирования откоса уступа (по единственной плоско-наклонной поверхности / клин / опрокидывание), прочностных свойств контактов поверхностей ослабления, определяются ключевые параметры откоса уступов (Ьуст — высота уступа, м; ауст — угол откоса уступа, и берм (В — ширина бермы, м).
статистический анализ
По данным изучения структурно-тектонического строения массива (в таблицах и на сетках стереографических проекций)
определение систем трещин
Ориентировка, характер и интенсивность (азимут падения, угол падения, расстояния, размер и форму блоков и др.) Генетический признак (тектонические нарушения разного порядка, сетка трещиноватости) Соподчиненностъ (основная система, подчиненные системы)
районирование
Пространственная локализация и ориентация относительно откосов карьера
кинематический анализ
На основе выделенных наборов систем трещин
определение параметров уступа
На основе ориентации и места заложения уступа в карьере По потенциальной схеме деформирования уступа (по единственной плоско-наклонной поверхности / клин / опрокидывание)
ширина бермы
высота уступа
конструктивные параметры уступа
Рис. 1. Схема процесса обоснования конструктивных параметров уступа Fig. 1. Flow chart of substantiation of slope parameters
Рис. 2. Характеристика трещиноватости массива горных пород: 1 — тип горной породы; 2 — группы разрывов: со смещением (сдвигов); без смещения; 3 — ориентация трещины в пространстве (Р — угол падения, град.; у — азимут падения, град.); 4 — расстояние (интервал); 5 — протяженность; 6 — характер поверхности (ровная/волнистая/бугристая, гладкая/шероховатая и др.); 7 — наличие и материал заполнителя; 8 — прочность породы на поверхностях контакта трещины (критерий Бар-тона-Бэндиса, определяется электронным молотком Шмидта); 9 — степень выветривания; 10 — ширина раскрытия трещины; 11 — элементарный блок (форма, размер); 12 — уровень высачивания подземных вод; 13 — системы трещин (J J ..., Jn — первая, вторая, ..., n системы трещин) Fig. 2. Rock mass jointing characteristics: 1—type of rock; 2—groups of fractures: with shearing, without shearing; 3—spatial orientation of joints (P-dip angle, deg; у-dip azimuth, deg); 4-spacing of joints; 5—length of joints; 6—surface (even/wavy/pebbles, smooth/rough, etc.); 7—filling (if any); 8—shear strength of joints (Barton-Bandis criterion, measured with the Schmidt rebound hammer); 9—weathering; 10—ope-ning; 11—unit block (form and size); 12—water reduction factor of joints; 13—sets of joints (J1, J2,..., Jn-first, second, ..., n sets of joints)
Шаг 6: Конструктивные параметры уступа — включает обоснованное принятие устойчивых параметров уступов (по высоте и/или углу наклона) и ширины предохранительных берм (В = г + т + Я, где г — ширина срабатывания верхней бровки (ширина призмы возможного обрушения), м; т — эффективная ширина (6 м для карьера «Восточный» Олимпи-адинского ГОК), м; Я — ширина (радиус развала) осыпи у нижней бровки, м) в пространстве карьера в рамках конкретной экспозиции борта.
В общем случае накопление данных для статистического анализа осуществляется в процессе изучения структурно-тектонического строения массива горных пород и сводится к установлению (т^Ш или при обработке первичной геологической документации (журналы
документации горных выработок, документация керна буровых скважин, в том числе и по его фотографиям и др.) и в постобработке по геологической документации (погоризонтные планы и вертикальные разрезы по разведочным линиям и др.)) условий залегания пород, наличия слоистости, складчатости, сланцеватости (рассланцевания) пород, тектонических трещин большого протяжения, разрывных нарушений их интенсивности и в целом характера трещиноватости породного массива.
При изучении структуры массива горных пород различают поверхности разрыва сплошности, или поверхности ослабления большого протяжения, по которым происходит скольжение одной части деформируемого массива относительно другой, и поверхности разрыва
сплошности небольшой протяженности, ступенчато ориентированные одна относительно другой (интенсивностью < 3 (размер блока > 0,3 м)) и образующие системы определенным образом ориентированных трещин.
В процессе съемки по откосу фиксируются следующие параметры структуры массива горных пород (рис. 2).
Перед началом съемки делается плановая и высотная привязка точек замера (GPS навигатором). Определение элементов залегания систем трещин
(азимут и угол падения) производится (горным компасом) по участкам с однородным литолого-петрографическим сложением и структурой; протяженность таких участков для условий Олимпиа-динского и Благодатнинского месторождений в среднем составляет 50 м, что определяется сложностью геологического строения массива.
На каждом участке с однородной тре-щиноватостью берется от 6 до 12 единичных замеров элементов залегания трещин каждой системы (предваритель-
s(180)
Рис. 3. Данные изучения структурно-тектонического строения массива: пример таблицы исходных замеров трещиноватости (полевой журнал) (а); пример распределения трещин на полярной диаграмме (б)
Fig. 3. Rock mass structure and tectonics data: a) table of initial measurements of joining (field log); b) distribution of joints in the polar diagram (examples)
но визуально идентифицируемой и ранжируемой исполнителем съемки). Единичные замеры трещин заносятся в полевой журнал. Дальнейшая обработка данных единичных замеров с определением средних значений углов (азимута падения, угла падения) производится графически, путем обработки данных массовых замеров трещиноватости на равнопромежуточных сетках стереографических проекций [1, 2], на рис. 3, б представлена выноска распределения трещин на полярной диаграмме.
В условиях карьера «Восточный» Олим-пиадинского месторождения борта в основном сложены скальными породами, и частично слабыми, выветрелыми (верхняя часть в зоне линейной коры выветривания).
Скальные породы преимущественно представлены кварц-слюдистыми, кварц-карбонат-слюдистыми, кварц-слюдисто-углеродистыми сланцами, углеродистыми слюдисто-карбонат-кварцевыми мета-соматически измененными породами. Систематическое изучение структурно-тектонического строения породного массива в уступах карьера осуществляется с 2006 г., за весь период в карьере собраны данные по 1188 замерным станциям и осуществлено более 40 000 единичных замеров трещин. Обработка и статистический анализ данных структурной съемки осуществлялась с использованием программного обеспечения (ПО) Stereographic Projections, v.1.0 (MWSoft-ware 1997) и структурного модуля (GSTR) ГИС ГЕОМИКС. Зарубежная практика также рекомендует в качестве основного инструмента для исследования и моделирования структуры массива месторождений использовать сетки стереографических проекций [2]. Самой известной и наиболее широко используемой в данной области исследований является ПО Dips Rocscience Inc. (Канада) [3]. Сопоставительный анализ общеприня-
той в отечественной практике методики геомеханического картирования откосов карьера [4] и ее зарубежного аналога [3] показал, что по составу собираемая информация о трещинах [4] она соответствует международным стандартам. Однако для безопасного осуществления съемки больших площадей в опасных и недоступных местах высоких бортов в отечественной практике отсутствуют внятные методы (в качестве отдаленного аналога можно упомянуть комплексную методику ОАО «ВИОГЕМ»), поэтому для решения подобного рода задач лучше привлекать цифровую фотограмметрию, наиболее продвинутой в этой области является фотограмметрический инструмент сбора данных Sirovision (Datamine Software).
Последующим этапом обработки данных изучения структурно-тектонического строения массива является анализ данных единичных замеров, выполняемый на стереораммах с их последующим ранжированием и группировкой в системы (Определение систем трещин). Требования отнесения единичной трещины к той или иной системе состоят в том, что трещины должны быть одного направления (границы по азимутам и углам падения от предполагаемого центра масс не выходят за пределы 25—30°; трещины с углами падения 75—90°, азимут которых отличается на 180°, принадлежат одной системе) и генезиса.
В результате обработки данных съемки получают средние значения параметров трещиноватости по системам трещин. Центры масс систем фиксируют средние значения азимута и угла падения трещин данной системы.
Число трещин системы, приходящихся на 1 погонный метр в направлении, перпендикулярном плоскости трещин, характеризует интенсивность (W = 1/ l = = (1Д + 1/I2 + 1/у/3, где 112, I3 — расстояние между трещинами 1, 2 и 3 сис-
101400
102180
102960
Проектное положение контура базового варианта 4-й очереди карьера "Восточный"
61560
слоистость
60800
1 - Слюдисто-кварцевые сланцы
2 - Карбонат кварцевые породы
3 - Зона разломов
4 - Метаалевролиты,
углеродистые сланцы
60040
Рис. 4. Структурно-тектоническая модель и карта районирования карьерного поля карьера «Восточный» Олимпиадинского ГОК, выполненная в структурном модуле (GSTR) ГИС ГЕОМИКС
Fig. 4. Structural-tectonic model and zoning map of Vostochny open pit mine field at Olimpiada Gold Mine in GIS GEOMIX GSTR
тем, м) [5]. Другие системы, менее интенсивные, чем системы 1, 2, 3, общую интенсивность не меняют, а влияют лишь на характер трещиноватости. Под характером трещиноватости понимается взаимное относительное расположение трещин, определяющее размер и форму элементарных блоков породы
а = ((11 ) -{[1 + ((I/1 )
/ттт ,т\ 1/3
1 + (123/5)
1/3
где 1, ¡2,13 — среднее расстояние между трещинами трех основных систем, м; Т4, Т5 — среднее расстояние между трещинами остальных систем, м).
Существует несколько классификаций трещиноватости горных пород, в основу большинства из них положен генетический признак. Для оценки роли трещиноватости в устойчивости бортов карьеров в сланцеватых породах наиболее удобным является подход, когда в качестве основной системы поверхностей ослабления массива принимается слоистость, а остальные системы трещин относительно нее являются подчиненными. Данный подход хорошо зарекомендовал себя при геомеханическом картировании откосов карьеров Олимпиадинского и Благодатнинского месторождений.
Для успешного прогнозирования устойчивых параметров откосных соору-
S
Рис. 5. Транспарант определения степени влияния поверхностей ослабления массива на устойчивость бортов и уступов карьера (таблица): А — сектор квазиизотропных свойств массива горных пород в откосах; Б — сектор анизотропных свойств массива горных пород в откосах; 1 — зона, характеризующая неблагоприятное залегание поверхностей ослабления (трещины) при р < ф'; 2 — зона подрезки или неустойчивого наклонного залегания поверхностей ослабления; 3 — зона заоткоски уступов по поверхностям ослабления; 4 — зона неблагоприятного сочетания наклонных трещин
Fig. 5. Transparency of determining influence of weakened planes on slope stability in open pit mines (table): A—quasi-isotropic properties of pit wall rock mass; B—anisotropic properties of pit wall rock mass; 1—unfa-vorable occurrence of weakened planes (joints) when p < ф'; 2—undercut or unstable inclined occurrence of weakened planes; 3—tapering of slopes along weakened planes; 4—unfavorable combination of inclined joints
жений карьера, в том числе и на стадии предварительной оценки факторов и схем, влияющих на предрасположенность массива к деформированию, как в отечественной, так и зарубежной практике применяется районирование карьерных полей (рис. 4). Районирование предполагает группировку (пространственную локализацию) по секторам карьера и однородным литологическим доменам с отображением стереограмм трещино-ватости с частотными характеристиками данных о направлениях залегания сис-
тем трещин, в том числе и их ориентировку относительно откосов карьера.
Следующим важным этапом в структуре процесса обоснования конструктивных параметров уступа (см. рис. 1), является выполнение кинематического анализа для вероятных схем разрушения откосов уступов. Под кинематическим анализом понимается определение оптимальных параметров уступов на основе критериев устойчивости — коэффициента запаса и вероятности обрушения [3].
Секторы Зоны Границы зон и секторов Степень влияния трещин на устойчивость и параметры откосов Схема деформирования
по в, град. в пределах A,^ град.
А - 0-90° ±105° Снижение прочности пород массива. Расчет осуществляется, как для изотропной среды Схемы I, в; III, б [6] [6]
Б 1 в < Ф' ±75° Нарушение или/и частичная сработка верхней бровки уступов (мощность слоя (Лп) нарушенного перебуром 4—6 м с его заоткоской а = 36—40°). Снижение прочности пород массива. В слабых породах подвижки по напластованию 11
2 от ф' до 60° ±15° Плоскостное деформирование (обрушение) в результате подрезки поверхностей ослабления. Полностью нарушаются бермы
3 от 60 до 90° ±15° При ауст = р нарушение верхней бровки уступа. Вследствие подработки нижней части уступа уменьшение ширины берм ^/^////////S/ii
4 от ф' до 90° ±75° Формирование зоны вывалов по 2—3 поверхностям ослабления, при А1 — А2 > 90°. Бермы уступов нарушаются на значительную глубину -Щ-
Характеристика степени влияния трещин на устойчивость откосов уступов карьера Characteristics of jointing influence on slope stability in open pit
В существующей отечественной и зарубежной практике характер влияния трещин на устойчивость откосов (влияние анизотропии) оценивают с использованием транспарантов на базе стерео-грамм трещиноватости.
Для оценки степени влияния поверхностей ослабления на устойчивость уступов карьера, отечественная практика из многочисленных подходов предлагает использовать специальный транспарант (разработчик Д.Н. Ким). Для характеристики зон транспаранта (рис. 5, таблица) приняты следующие показатели: угол трения по контактам трещин (ф', град.); азимут простирания поверхности ослабления (А, град.); азимут простирания откоса уступа (Ауст, град.); угол наклона поверхностей ослабления (ß., град.). Определение степени влияния поверхностей ослабления массива на устойчивость бортов и уступов карьера по транспаранту базируется исходя из следующих принципов понимания процессов протекающих в скальных массивах трещиноватых пород.
Первый принцип предполагает понимание того, что при оценке устойчивости откоса, его положение также должны быть включены в стереографическую проекцию, поскольку смещение породных призм может возникнуть только как результат перемещения навстречу обнаженной поверхности (выработанного пространства), создаваемой при выемке.
Второй принцип обуславливает деление стереографической проекции на две ключевые области, которые определяют степень влияния поверхностей ослабления массива на устойчивость откосных сооружений карьера. Их суть в следующем, первая область (А), характеризуется как зона квазиизотропных свойств массива горных пород, признаком которой является ориентация элементов залегания поверхностей ослабления в массив (несогласное с наклоном борта
залегание трещин). Границы области А изменяются в диапазоне: = 0—90°; Ауст ±105°. Вторая область (Б), характеризуется как зона анизотропных свойств массива горных пород, признаком которой является ориентация элементов залегания поверхностей ослабления в выработанное пространство (согласное с наклоном борта залегание трещин).
Третий принцип относится к особенностям деления области Б на зоны по механизмам деформирования откосов, реализация которых обуславливается экспозицией и углом наклона откосов относительно особенностей залегания (А., град., р^ град.) поверхностей ослабления массива и углами трения по контактам (ф', град.). При детальном рассмотрении, формализация границ зон и секторов внутри области Б находится в следующей логике: зона 1 — в < ф'; Ауст ±75°; зона 2 — в. от ф' до 60°; Аусст ±15°; зона 3 — в. = 60—90°; Ауст ±15°; зона 4 — в! от ф' до 90°; Ауст ±75°. Качественная характеризация выше названных зон по механизму деформирование выглядит следующим образом: зона 1 — нарушение или/и частичная сработка верхней бровки уступов, снижение прочности пород массива, в слабых породах подвижки по напластованию; зона 2 — одноплоскостное деформирование в результате подрезки откосом поверхностей ослабления (полностью нарушаются бермы); зона 3 — нарушение верхней бровки уступа с уменьшением ширины берм (при ауст = в. и подработке нижней части уступа); зона 4 — формирование зоны вывалов по 2—3 поверхностям ослабления, при А1—А2 > 90° (бермы уступов нарушаются на значительную глубину).
В свою очередь зарубежная практика выполнения кинематического анализа в своей основе также базируется на использовании стереографических проекций. Функция кинематического анали-
за реализована в широко используемом ПО Dips Rocscience Inc. ПО Dips позволяет выполнять кинематический анализ для 3 потенциальных режимов обрушения: плоское скольжение (Planar Sliding, при р. < ауст; р. > ф'); клиновое скольжение (Wedge Sliding, при угле наклона линии скрещения 2—3 трещин (у') < ауст; у' > ф'); опрокидывание (Flexural Toppling, при угле падения плоскости границы скольжения (ysl) = (90° — ауст) + ф'; азимут падения = Ауст). На рис. 6 приведен транспарант, характеризующий особенности кинематического анализа, реализованного в ПО Dips. В процедуру кинематического анализа, реализованного на транспаранте ПО Dips, помимо трех базовых схем, также входит четвертая схема — прямой обвал (Direct Toppling).
Сравнительный анализ двух подходов к проведению процедуры кинематического анализа показал их методологическую однородность. Однако при подробном рассмотрении существуют отличия, так в зарубежной практике область А луч-
шим образом интерпретированы и формализованы процессы деформирования карьерных откосов. Формализация коснулась определения четких границ и зон протекания потенциальных деформаций. В частности в ней определены критерии вычленения зон обрушения Flexural Toppling и Direct Toppling, в отечественном подходе такой конкретизации нет, она существует либо в неявном виде (у отдельных авторов) либо просто игнорируется (элементы залегания поверхностей ослабления не влияют на кинематику разрушения уступов (это утверждение не правомерно), а лишь снижают прочность пород массива (поправка в виде коэффициента структурного ослабления массива), что для бортов вполне справедливо, поэтому расчет борта осуществляется, как для изотропной среды).
Положительным моментом зарубежной практики является то, что сам кинематический анализ в реализован в ПО Dips Rocscience Inc., аналогичное отечественное коммерческое ПО отсутствует.
— зона плоскостного деформирования (Planar Sliding),
при р < аст; Р > ф';
— зона вывалов по 2—3 трещинам (Wedge Sliding), при угле наклона линии скрещения трещин у' < ауст; у' > ф';
— зона обрушения опрокидыванием (Flexural Toppling)
Рис. 6. Транспарант кинематического анализа, реализованного в ПО Dips Rocscience Inc.: 1 — плоскость откоса (угол падения (ауст)/азимут падения (Ап)); 2 — конус трения (характеризует величину угла трения (ф')); 3 — плоскость границы скольжения (угол падения плоскости границы скольжения (ysl) = (90° — ауст) + ф'; азимут падения = Ап); 4 — зона плоскости откоса, кинематически свободная для скольжения (ауст /Ап)
Fig. 6. Transparency of kinematic analysis in Dips Rocscience Inc. : 1—slope plane (dip angle astable /dip azimuth Adip ); 2—cone of friction (characterizes friction angle); 3—slide boundary plane (dip angle (ysl) = (90° — —astable ) + ф', dip azimuth = A ); 4—slope plane kinematically free from sliding (astable /А )
Лаборатория геомеханики и инженерных исследований (ЛГИИ) обладает собственной разработкой в виде пакета программ. Таким образом, кинематический анализ в ЛГИИ в пошаговом режиме реализуется средствами: MS Excel [заполнение и экспорт данных из «Полевых журналов» в файлы обменного формата («*.txt», макрос VBA MS Excel)], далее Stereographic Projections [импорт данных («*.txt»), построение и экспорт стереограмм «*.wmf»] и последующим импортом полученных стереограмм в границы транспаранта («*.cdr», макрос VBA CorelDRAW).
В случае, если по результатам кинематического анализа был сделан вывод о возможности обрушения откоса уступа, то необходимо произвести расчет его устойчивости. Общая идея, реализованная как в отечественной, так и зарубежной практике, заключается в изучении соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на породный блок. На основании исходных данных определяется оптимальная конструкция уступов — в зависимости от задачи может быть получен фактический коэффициент запаса устойчивости (КЗУ), предельная высота или предельный угол откоса при нормативном КЗУ. Согласно [6], максимально устойчивый угол откоса уступа (ауст, град.) обеспечивается при соблюдении нормативного КЗУ пуст = 1,5^2,0. Расчетные схемы, в зависимости от механизма деформирования откоса, могут быть с образованием призматических и клиновидных вывалов и опрокидов (см. таблицу). Другие, более сложные схемы деформирования, являются производными от рассмотренных и могут оформляться при наличии дополнительных трещин, либо в случае частичного отрыва от массива, если трещины не подсекают откос [6, 7].
В отечественной практике детальный анализ устойчивости откоса, включая
расчет КЗУ для потенциального блока обрушения с использование, преимущественно не коммерческих программных продуктах (расчетных программ собственных разработок) построенных на методиках, изложенных в работах [6, 7], либо в качестве исключения с использованием модуля устойчивости в ГИС ГЕОМИКС (Россия). В свою очередь в зарубежной практике анализ устойчивости, включающий расчет КЗУ для потенциального блока обрушения, может быть осуществлен с помощью специализированных программ SBlock (анализ одно-плоскостного или клинового обрушений, мультиблоковый анализ и др.) разработчик SRK Consulting Ltd., RocPlane (анализ одноплоскостного обрушения), Swedge (анализ клинового обрушения) и RocTopple (анализ обрушения опрокидыванием) разработки Rocscience Inc.
В заключение следует отметить, что отечественная и зарубежная примени-тельная практика кинематического анализа в своей содержательной части во многих случаях базируется на общих принципах и подходах.
Помимо этого, в отличие от консервативных, детерминистических методов расчета устойчивости карьерных откосов, применяемых в отечественной практике (учет изменчивости факторов обрушения ведется опосредованно, через использование в математических моделях их расчетных (в статистической терминологии) значений), в зарубежной практике все больше приобретает актуальность вероятностный анализ и анализ чувствительности. Необходимость осуществления вероятностного анализа в оценке устойчивости увеличивается с ростом понимания дискретности (по существу случайности) имеющихся в распоряжении рядов значений физико-механических свойств пород и контактов поверхностей ослабления массива, полученных в ходе исследований. Так,
при определении прочностных харак- из диапазонов: Р(пн < 1,5) = 5^20%, теристик горных пород их вариация в Р(пн < 1) = 0,3^10% на основании сте-одной выборке (одной литологической пени ответственности откоса, продолжи-разности) может достигать 50^60%, а в тельности его стояния и размеров [3]. лучшем случае 30^35%. Это связано, Имеет смысл использовать и другие шив основном, с природной неоднородно- роко применяемые в зарубежной прак-стью свойств горных пород, а также с по- тике критерии оценки, такие как: длина грешностями их определения. уступов без вывалов (%), процент кусков
Аналогичным образом широкий раз- горной массы, выпавших в виде осыпи
брос могут иметь значения элементов в рабочую зону, индексы риска для пер-
залегания трещин. сонала, для оборудования (%).
В связи с этим кинематический ана- Таким образом, обеспечение целе-
лиз для оптимизации рисков обрушения, вых показателей по устойчивости должно
помимо КЗУ, предопределяет исполь- сопровождаться оценкой рисков на ос-
зование таких критериев оценки, как новании стохастических расчетов устой-
вероятность появления уступов с КЗУ чивости уступов в анизотропных масси-
меньше нормативного Р (пн < 1,5), мень- вах и выработкой критериев оценки для
ше 1 Р(пн < 1). Критерии выбираются конкретных горнотехнических объектов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рац М. В., Чернышев С. Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. — М.: Недра, 1970. — 150 с.
2. Wyllie D. C., Mah C. W. Rock Slope Engineering: Civil and Mining / 4th edn. Spon Press, London, 2004. — 425 р.
3. Read J. R.L, Stacey P. F. Guidelines for Open Pit Slope Design. 1s ed. Leiden: CRC Press/ Balkema. CSIRO, Australia, 2009. — 496 p.
4. Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости. — Л.: ВНИМИ, 1971. — 107 с.
5. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1965. — 380 с.
6. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах (Утв. Госгортехнадзо-ром РФ от 16.03.1998г.). — СПб.: ВНИМИ, 1998. — 208 с.
7. Попов И. И., Окатов Р. П. Борьба с оползнями на карьерах. — М.: Недра, 1980. — 239 с.
8. Lisle R. J., Leyshon P. R. Stereographic Projection Techniques for Geologists and Civil Engineers, 2nd edn. Cambridge University Press, Cambridge. 2004. 112 p.
9. Priest S. D., Brown E. T. Probabilistic stability analysis of variable rock slopes. Transactions of Institution of Mining and Metallurgy, Section A: Mining Industry 92, 1983. A1-12.
10. Годовников Н.А., Дунаев В.А. Вероятностный метод прогнозирования потенциальных деформаций уступов карьера в массивах скальных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — № 5. — С. 81—83.
11. Серый С. С., Дунаев В.А., Герасимов А.В. Геолого-маркшейдерская ГИС ГЕО-МИКС: структура, функциональные возможности, опыт внедрения // Маркшейдерский вестник. — 2006. — № 4. — С. 54—56.
12. Галустьян Э.Л. Геомеханика открытых горных работ: Справочное пособие. — М.: Недра, 1992. — 272 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Бушков Владимир Кириллович — кандидат технических наук, доцент, заведующий ЛГИИ, ООО «Полюс Проект», e-mail: [email protected].
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 10, pp. 30-42.
Use of kinematic stability analysis in substantiation of basic wall design parameters for open pits
Bushkov V.K., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Head of LGER, e-mail: [email protected], LLC «Polyus Project», 660127, Krasnoyarsk, Russia.
Abstract. The article presents the comparative analysis data on the domestic and international practice of acquisition, systematization, processing and kinematic analysis of source data. It is found that the approaches to the source data collection and interpretation are similar in the domestic and international practice. Methodological uniformity consists in the accumulation of data for the statistical analysis by means of studying structure and tectonics of rock mass, determining their modes of occurrence, revealing bedding, folding, schistocity, long tectonic fractures, intensity of joints and nature of jointing in whole. The kinematic analysis is carried out similarly in the domestic and foreign practice, and is targeted at disclosure of the most probable mechanisms of slope failure and, thereupon, determining optimal parameters of slopes using such validity criteria as safety factor and/or failure probability. The article marks out key areas of improvement of the domestic approach.
Key words: pit wall slope stability, safety factor, kinematic analysis, rock mass jointing, jointing stereogram, deformation pattern.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-10-0-30-42
REFERENCES
1. Rats M. V., Chernyshev S. N. Treshchinovatost' i svoystva treshchinovatykh gornykh porod [Fracture and properties of fractured rocks], Moscow, Nedra, 1970, 150 p.
2. Wyllie D. C., Mah C. W. Rock Slope Engineering: Civil and Mining. 4th edn. Spon Press, London, 2004. 425 p.
3. Read J. R.L, Stacey P. F. Guidelines for Open Pit Slope Design. 1s ed. Leiden: CRC Press/Balkema. CSIRO, Australia, 2009. 496 p.
4. Instruktsiya po nablyudeniyam za deformatsiyami bortov, otkosov ustupov i otvalov na kar'erakh i razrabotke meropriyatiy po obespecheniyu ikh ustoychivosti [Instructions for monitoring deformations of boards, slopes of ledges and dumps in quarries and development of measures to ensure their stability], Leningrad, VNIMI, 1971, 107 p.
5. Fisenko G. L. Ustoychivost' bortov kar'erov i otvalov. 2-e izd. [Stability of pit walls and dumps. 2nd edition], Moscow, Nedra, 1965, 380 p.
6. Pravila obespecheniya ustoychivosti otkosov na ugol'nykh razrezakh. Utv. Gosgortekhnadzorom RF ot 16.03.1998 g. [Rules for ensuring the stability of slopes in coal mines. Approved. The RF Gosgortekhnadzor dated 16.03.1998], Saint-Petersburg, VNIMI, 1998, 208 p.
7. Popov I. I., Okatov R. P. Bor'ba s opolznyami na kar'erakh [The fight against landslides at quarries], Moscow, Nedra, 1980, 239 p.
8. Lisle R.J., Leyshon P. R. Stereographic Projection Techniques for Geologists and Civil Engineers, 2nd edn. Cambridge University Press, Cambridge. 2004. 112 p.
9. Priest S. D., Brown E. T. Probabilistic stability analysis of variable rock slopes. Transactions of Institution of Mining and Metallurgy, Section A: Mining Industry 92, 1983. A1-12.
10. Godovnikov N. A., Dunaev V. A. Veroyatnostnyy metod prognozirovaniya potentsial'nykh deformatsiy ustupov kar'era v massivakh skal'nykh porod [A probabilistic method to predict the potential deformation of the ledges of the quarry in hard rock masses]. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015, no 5, pp. 81-83. [In Russ].
11. Seryy S. S., Dunaev V. A., Gerasimov A. V. Geologo-marksheyderskaya GIS GEO-MIKS: struktura, funktsional'nye vozmozhnosti, opyt vnedreniya [Geological and surveying GIS GEOMIX: structure, functionality, implementation experience]. Marksheyderskiy vestnik. 2006, no 4, pp. 54—56. [In Russ].
12. Galust'yan E. L. Geomekhanika otkrytykh gornykh rabot: Spravochnoe posobie [Geomechanics of
open-pit mining: Reference aid], Moscow, Nedra, 1992, 272 p.
^_
