Геомеханическое обоснование устойчивости бортов карьеров в сейсмоактивных районах

Внедрение: 2012 г.

Развитие данной темы на примере угольных разрезов Кузбасса мы находим в автореферате одноимённой диссертации [1], в которой в качестве метода исследования использовалось физическое моделирование сейсмического воздействия на борт карьера с применением метода эквивалентных материалов (ЭМ).

Исследования деформационных характеристик ЭМ при динамических и статических режимах нагружения проводились на моделях из песчано-эпоксиалифатических материалов с различным процентным содержанием связующего – 0,9, 1,2, 11 и 15 %. При этом гостированными методами определялись скорости упругих продольных и поперечных волн, динамические и статические модули упругости, прочность при одноосном сжатии. 

Для уточнения характера поведения образцов ЭМ при сильных динамических воздействиях проводились специальные измерения деформационных характеристик с использованием нагружения ударами различных молотков, обеспечивающих регулирование силы и длительности нагрузки, и измерениями с помощью специально разработанных тензодатчиков деформаций и напряжений в образце. Регистрация показаний тензодатчиков осуществлялась с помощью Крейта LTR-EU-16-1 с тензометрическими модулями LTR212.

Для изучения влияния сейсмических воздействий на прибортовой массив проводилось моделирование нагружения как отдельными импульсами, так и серией колебаний заданных форм и амплитуды модели из ЭМ (М 1:500). Оценка влияния длительности импульсного воздействия испытания проводилась на моделях с круглоцилиндрической плоскостью скольжения (рисунок 1) путем нанесения одиночных ударов молотками различной жесткости по кольцу-тензодатчику, протарированного на нагрузку.

Рисунок 1. Модель с круглоцилиндрической поверхностью скольжения.

Смещения призмы обрушения фиксировались фотокамерой. По результатам обработки данных, полученных с помощью фото- и тензометрических измерений, была получена зависимость сдвижения от частоты и силы ударов (частоты колебаний, вызванных ударным воздействием, с учетом подобия соответствовали частотам сейсмовзрывных волн). Продолжительность импульсов для стального молотка составляет 0,7 мс, твердого резинового – 1,8 мс, мягкого резинового – 3,7 мс (рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость сдвижения призмы обрушения от прикладываемой величины ударных воздействий различной продолжительности.

Эксперимент показал, что колебания, вызванные силами равной величины, при большей длительности импульсов вызывают более сильные сдвижения, чем при коротких импульсах.

Для оценки влияния длительности сейсмического воздействия на борт карьера испытания проводились на моделях с поверхностью скольжения в виде плоского наклонного контакта (рисунок 3). Для создания серии ударных воздействий заданных формы и амплитуды на вал двигателя с переменной частотой вращения эксцентрично насаживались кулачки с переменными величинами эксцентриситета. Смещения призмы обрушения фиксировались тензодатчиком в виде скобы (далее скоба-тензодатчик), а ускорения, вызываемые ударным воздействие, определяли путем двойного дифференцирования сигнала датчика смещения, закрепленного у приклеенной к торцу модели пластине. При изменениях частоты вращения и величины эксцентриситета фактический диапазон ускорений соответствовал интенсивностям сейсмических колебаний в диапазоне от 3 до 8 баллов.

Рисунок 3. Модель с плоской поверхностью скольжения, 1-3 номера тензодатчиков.

Практическая значимость работы:

• Развитие метода учета сейсмического воздействия на устойчивость бортов карьера.
• Разработаны рекомендации по выбору необходимого коэффициента запаса устойчивости для безопасной отработки месторождений открытым способом в сейсмоактивных районах.

Наибольшее число месторождений, разрабатываемых открытым способом в сейсмоактивных районах России, находятся в Кемеровской области. Анализ местонахождения сейсмособытий в пределах Кемеровской области показал, что они сконцентрированы в зонах активного ведения открытых горных работ (рисунок 4).

Рисунок 4. Стягивание сейсмических событий в Кузбассе к местам проведения массовых взрывов.

Источник:

1. Павлович Антон Анатольевич. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Геомеханическое обоснование устойчивости бортов карьеров в сейсмоактивных районах (на примере угольных разрезов Кузбасса)». – СПб. – 2012. – С. 22.
 

Разработчик: Павлович Антон Анатольевич (Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»)