Анализ условий устойчивости бортов железорудных карьеров, сложенных осадочными породами

Abstract

Актуальность. Анализ устойчивости горных пород при решении геомеханических и инженерно-геологических задач сталкивается с рядом трудностей при отображении физико-механических свойств массива горных пород на расчетных моделях. Среди них основными являются: широкий диапазон свойств, структура массива, отсутствие достаточного количества исходных данных. Исходные параметры имеют существенную важность при математическом моделировании, что выражается в принципе GIGO (англ. Garbage In, Garbage Out, «Мусор на входе - мусор на выходе»). Целью работы является изучение влияния разброса физико-механических свойств горных пород, слагающих борта карьеров, на их устойчивость. Объектом исследования является верхняя часть массива, сложенная комплексом пород мезокайнозойского возраста. Полигоном исследования выступает Соколовское железорудное скарновое месторождение, разрабатываемое одноименным карьером в сложных инженерно-геологических условиях. Методы. Исследование проводилось в рамках гипотезы предельного равновесия с помощью расчетных методов Филлениуса, Спенсера, Бишопа. Изучалась чувствительность модели борта карьера к прочностным параметрам горных пород: сцеплению и углу внутреннего трения. Анализ чувствительности осуществлялся с помощью перебора значений параметров в пределах диапазона свойств, полученных в ходе испытаний. Результаты и выводы. Результаты исследований позволили установить зависимости коэффициента устойчивости бортов карьера от изменчивости физико-механических свойств мезо-кайнозойских отложений. Для инженерно-геологических условий Соколовского карьера выявлены породы, представляющие наибольшие риски с точки зрения устойчивости бортов. Применяемый подход является разновидностью сценарного прогнозирования и наряду с решением обратных задач, необходимых для калибровки моделей, является подходящим методом для оценки геомеханических условий.

Relevance. Rock mass stability analysis faces a number of difficulties when modelling the mechanical conditions of rocks, these are a wide range of strength properties, the structure of the rock mass, and the lack of a sufficient amount of input data. The input parameters are of significant importance for mathematical modelling, which is expressed in the GIGO principle (Garbage In, Garbage Out). The purpose of the research is to determine the influence of the strength properties scatter of sedimentary rocks in the open pit side. The object of research is the upper part of the open pit side, composed of the complex of the Mesozoic and Cenozoic rocks. The research site is the Sokolovskoe ore deposit, developed by the mine of the same name. Research methods. The study was carried out using the of limit equilibrium method. The models of Fellenious, Spencer, Bishop were used. The sensibility of the pit slope model to the strength parameters (cohesion and angle of internal friction) of soils was studied. Sensibility analysis was carried out by exhaustive search method in a range of properties obtained using the failure tests. Conclusions. The relationship of the safety factor and variability of the strength properties are obtained. For the conditions of the Sokolovskoe deposit, rocks have been identified that pose the greatest danger to the stability of the open pit sides. The applied approach is a kind of scenario analysis, and along with inverse problems, is a suitable method for evaluation of the geological factors.