Научно-методические основы концепции геомеханического мониторинга

Авторы: проф., д.т.н. Воробьев А.Е., студ. Корниенко А.С., РУДН, г. Москва, Россия.
Источник: Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений. Сб. научн. трудов. Вып. 16, – Донецк: «Норд-Пресс», 2010. – С. 20–22.

Разработка научно-методических основ и создание единой системы геомеханического мониторинга направлены на повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом и обеспечение безопасных условий труда персонала.

Повышение эффективности разработки месторождений достигается за счет надежного обеспечения устойчивости уступов, бортов карьеров и отвалов, что приводит к сокращению объемов вскрышных работ, обеспечению бесперебойного режима работы карьеров и отвалов.

Геомеханический мониторинг – это система непрерывного наблюдения за параметрами и управления состоянием прибортового массива, основанная на получении новой информации о физико-механических характеристиках горных пород, учете геологических, гидрогеологических и структурно-тектонических особенностей массива, анализе влияния технологических параметров на геомеханические процессы, происходящие в прибортовом массиве.

1. В состав геомеханического мониторинга входят:

• получение комплексных инженерно-геологических характеристик состава и физикомеханических свойств пород на карьерах, отвалах и их основаниях для расчета устойчивости и прогнозирования надежности управления состоянием массива;
• изучение динамики развития геомеханических процессов в карьерных откосах и отвалах;
• инженерно-геологический и геомеханический комплекс работ по изучению, прогнозу и контролю состояния и свойств карьерных и отвальных массивов, позволяющий управлять параметрами карьерных откосов в период проектирования, строительства, эксплуатации и ликвидации, а также обеспечивающий промышленную и экологическую безопасность горных работ.

2. Способы и средства мониторинга:

• выполнение маркшейдерских, инженерно-геологических и инженерно-геофизических наблюдений за состоянием техногенных массивов;
• проведение комплексных маркшейдерских наблюдений за деформациями бортов карьеров и отвалов, обеспечивающих непрерывные наблюдения за параметрами состояния карьерных откосов;
• оценка и прогноз гидрогеологического состояния прибортового массива;
• изучение особенностей технологии на карьерах и влияние их на геомеханические процессы;
• разработка методики и программного обеспечения для обоснования параметров устойчивых бортов карьеров и отвалов.

3. Создание обобщенной классификации нарушений устойчивости откосов на карьерах, включающей:

• установление особенностей нарушения устойчивости откосов и разработка типизации месторождений по условиям управления устойчивостью бортов карьеров, которая должна учитывать влияние деформационных процессов на ведение открытых горных работ и позволять обосновывать и принимать противодеформационные мероприятия;
• создание методики паспортизации и унифицирования причин деформаций откосов, разработка информационно-поисковой системы, предназначенной для получения информации, анализа причин нарушения устойчивости карьерных откосов и оценки эффективности противодеформационных мероприятий.

4. Разработка рекомендаций по геолого-маркшейдерскому обеспечению управления устойчивостью бортов карьеров и отвалов, включающих:

• методику паспортизации нарушений устойчивости откосов на карьерах, позволяющую создать единую научно-методическую основу для изучения нарушений устойчивости, их систематизации, выбора и обоснования аналогов;
• методику картирования инженерно-геологических явлений и деформационных процессов, позволяющую унифицировать горную графическую документацию;
• методику учета силового воздействия горно-транспортного оборудования на устойчивость откосов, позволяющую с высокой надежностью определять устойчивые параметры откосов;
• методы прогноза нарушений устойчивости бортов глубоких карьеров, позволяющие принять профилактические меры, необходимые для предупреждения деформаций откосов.

5. Разработка научно-методических основ геолого-маркшейдерского мониторинга устойчивости откосов. В рамках этой проблемы необходимо решить следующие задачи:

• изучить состояние устойчивости откосов на карьерах и разработать, исходя из этого, типовые схемы месторождений по условиям управления устойчивостью;
• разработать задачи и функции геолого-маркшейдерского мониторинга управления устойчивостью откосов в зависимости от этапа развития горных работ в карьерах;
• обоснование, контроль и прогноз устойчивости откосов на основе систематического изучения деформаций при развитии горных работ, изменении инженерно-геологических условий, сопровождающих открытую разработку и выявление характерных периодов их развития.

6 Разработка методики управления устойчивостью бортов и уступов карьеров, которая должна включать следующие задачи:

• установление устойчивых параметров и поддержание в устойчивом состоянии откосов уступов и бортов при минимально возможном объеме вскрыши в условиях строительства, эксплуатации и погашения карьера;
• разработка методики систематического контроля и целенаправленного воздействия на условия и факторы, определяющие устойчивость горных пород в откосах.

Реализация данной методики на карьерах позволит обеспечить безопасные условия труда и бесперебойный режим работы горнодобывающего предприятия.

Главной целью мониторинга является научное обоснование обеспечения устойчивости уступов и бортов карьеров при разработке сложноструктурных месторождений, сложенных скальными, полускальными, глинистыми и песчано-глинистыми породами, характеризующихся сильной дизъюнктивной и пликативной нарушенностью и интенсивной трещиноватостью горного массива.