Геомеханическое обеспечение устойчивости бортов карьера при его углубке

Оценка современного состояния решаемой научной или научно-технической проблемы. История разработки месторождений открытым способом указывает на тенденцию увеличения глубин отработки. В начале XX века горные работы осуществлялись в пределах осадочных пород, максимальная глубина карьеров того времени не превышала 100 м от поверхности, но уже спустя несколько десятилетий максимальные глубины отработки месторождений открытым способом достигали 200-300 м [1-3].

Дальнейший рост потребности в минеральном сырье повлек за собой усовершенствование техники и технологий, максимальная глубина ведения горных работ открытым способом стала достигать в отдельных случаях 400 м [2].

Из-за таких характеристик как высокая эффективность и производительность извлечения полезных ископаемых из недр открытый способ разработки остается лидирующим по процентному соотношению добываемых полезных ископаемых. По данным, приведенным в работах отечественных и зарубежных ученых, около 80 % всех добываемых полезных ископаемых приходится на открытый способ добычи [4-6].

Одними из основных вопросов при отработке полезных ископаемых открытым способом являются обеспечение безопасности при ведении горных работ и достижение рациональной отработки месторождений. Увеличение глубины разработки месторождений открытым способом обычно ведет к разносу бортов карьера и увеличению объемов вскрыши. Другой вариант вовлечения в отработку глубоких горизонтов карьера без значительного увеличения себестоимости добычи полезного ископаемого является пересмотр первоначального проекта и увеличения конечного угла наклона борта [7, 8]. При этом варианте встает вопрос об обеспечении устойчивости борта карьера и выборе рациональных с точки зрения геомеханики параметров вновь проектируемых уступов на глубоких горизонтах.

Основным условием, необходимым для пересмотра первоначальных проектов отработки месторождений является информация о геомеханическом состоянии массива горных пород, в которой наряду с параметрами напряженно-деформированого состояния и геолого-структурных особенностей месторождения, являются и знания о физико-механических свойствах вмещающих руд и пород [7-10].

Разработанные и принятые на предприятиях методики в полной мере не охватывают все проблемы, возникающие при отработке глубоких карьеров [11-13]. Согласно этим нормативным документам, определение и обоснование параметров бортов и уступов карьеров должно быть выполнено методом расчета коэффициента запаса устойчивости используя классические методы предельного равновесия. Однако, данные методы не учитывают структурные нарушения массива горных пород, которые оказывают негативное влияние на устойчивость.