Устойчивость бортов карьера при комбинированной геотехнологии. Коэффициент запаса устойчивости.

Ведение подземных работ и реализация физико – химических геотехнологий за контуром карьера изменяет напряженно – деформированное состояние прикарьерного массива, прочностные характеристики вмещающих пород, а, следовательно, и сложившееся соотношение удерживающих и сдвигающих сил в массиве борта, положение поверхности скольжения.

Выделяют три направления управления состоянием бортов при подработке: первое – обеспечение длительной общей устойчивости подработанного борта; второе – перевод массива в состояние близкое к критическому, с обеспечением кратковременной устойчивости на период выполнения подземных горных работ и физико – химических технологий в данной зоне; третье – целенаправленное местное выведение подработанного массива из устойчивого состояния и управление процессом деформаций массива в заданном режиме.

При последовательной открыто – подземной разработке запасов месторождений цветных и драгоценных металлов, алмазов, высокая ценность руды и наличие в прикарьерной зоне охранных объектов, включая открытые и подземные капитальные выработки, предопределяют необходимость поддержания бортов в устойчивом состоянии с обеспечением нормативно допустимых деформаций поверхности. Поэтому при разработке технологии подземной доработки законтурных запасов вопросы обеспечения устойчивости бортов с учетом влияния всей совокупности вышеперечисленных факторов приобретает первостепенное значение.

В зависимости от высоты и протяженности борта карьера, пролетов и высоты подземных выработок в прикарьерном массиве, параметров природного поля напряжений, задача оценки устойчивости должна решаться как плоская (условия плоской деформации) или пространственная (трехмерная).

Решение трехмерной задачи целесообразно при подработке торцовых участков бортов карьера, при неоднородности параметров природного силового поля, а также при протяженности борта значительно большей (не менее чем в 5 раз), чем высота и пролеты подработки.

При определении положения поверхностей скольжения в борту карьера при комбинированной разработке предпочтительны методы, позволяющие определить положение потенциальной поверхности сдвижения экспериментальным путем по минимальному соотношению удерживающих и сдвигающих сил на основе оценки распределения напряжений в горном массиве с учетом всех значимых факторов, включая изменение механических характеристик пород при подземной подработке и 9или) реализации процессов выщелачивания. Для этого целесообразно использовать численные методы оценки напряжений и теорию предельного равновесия.

В качестве основного критерия оценки устойчивости подработанных бортов карьера выступает критерий прочности и устойчивости Кулона – Мора. Для выявления пространственного положения поверхности скольжения в массиве, участок подрабатываемого борта разбивается на элементарные призмы по простиранию с указанием механических характеристик элементарных участков, а призмы, в свою очередь, разделяются по высоте на блоки. Для каждой элементарной призмы массива рассчитываются суммы сдвигающих и удерживающих сил по потенциальным площадкам сдвига.

Коэффициент запаса устойчивости определяется отношением суммарных удерживающих сил к суммарным сдвигающим силам по поверхностям скольжения:

где σ_ni, τ_ai – соответственно результирующие нормальные и действующие касательные напряжения на i – м участке поверхности скольжения, Мпа;

ф_i – угол внутреннего трения пород i – го участка, град;

C_i – сцепление в массиве i – го участка длиной l_i, МПа

k_II – коэффициент влияния объемного сжатия в плоскости, параллельной поверхности откоса, зависящей от тектонических сил и радиуса кривизны борта карьера;

k_в – коэффициент, учитывающий динамическое влияние взрыва.

Схема к расчету устойчивости подработанного борта карьера.