Цели и задачи геомеханики открытых горных работ

Полезные ископаемые (МПИ) – главная часть природного богатства недр. Разработка большинства (более 2/3 по объему) твердых полезных ископаемых в ближайшей перспективе будет осуществляться открытым способом (ОГР).

Геомеханика изучает равновесие массива горных пород под воздействием каких угодно сил (статика, кинематика, динамика). Закономерное увеличение глубины и объемов открытых горных работ и, как правило, усложнение геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий разработки (см. рис. 2) определяют качественно новый подход к обеспечению устойчивости бортов глубоких карьеров и высоких отвалов. Геомеханика ОГР рассматривает вопросы устойчивости карьерных откосов, оценки несущей способности естественных и искусственных оснований, прогноза деформаций, сдвига и уплотнений бортовых и отвальных массивов, направленного изменения и контроля состояния массивов пород в бортах карьеров, а также техногенных отвалов. С вовлечением в отработку обводненных полезных ископаемых усложняются все работы, а поэтому необходимо придавать большое значение осушению и водоотливу на карьерах.

Геологические и гидрогеологические объекты мы воспринимаем и познаем в форме различных моделей. В настоящее время эти модели в основном типизированы. Модель считается объективной, если выполняются три условия:

• описание;

• предсказание;

• контроль.

Это означает, что с помощью модели мы проникаем в существо объекта, выражая его в тех или иных характеристиках, можем прогнозировать его поведение, а также управлять ими, изменяя его так, что заранее знаем результат (рис. 3).

Состояние массива горных пород при открытых горных работах определяют:

• выбор модели деформирования (главнейшая задача);

• схема расчета устойчивости (зависит от выбора модели деформирования);

• виды возможных деформаций;

• методы контроля деформаций;

• методы направленного воздействия на массив.

Эти вопросы и составляют основу данных лекций (рис. 4 – 6).

Учебные задачи курса «Геомеханика ОГР»:

1. Подготовка к выполнению курсового проекта (работы);

2. Подготовка к выполнению разделов дипломного проекта (выпускной работы).

Условно дисциплина разделена на два основных раздела (части):

1. Связанный непосредственно с устойчивостью бортов карьеров и отвалов;

2. Связанный с проведением мероприятий по осушению карьерных полей.

Рис. 3. Состав дисциплины «Геомеханика»

Рис. 4. Связь курса «геомеханика ОГР» с другими дисциплинами

Рис. 5.

Рис. 6. Основное содержание и разделы курса «Геомеханики ОГР»

Рис. 7. Цели и задачи курса геомеханики ОГР

Этапы становления геомеханики огр

Первый этап – экспериментального определения механических свойств отдельных массивно-кристаллических пород и отдельных видов грунтов, как сплошных тел – механика сплошных (квазисплошных) деформируемых сред (1920 г.).

Второй этап – появилось учение о консолидации несплошных (двухкомпонентных – грунтовая масса) систем (грунтовой массы) [1930 г.] (К. Терцаги, И.М. Герсеванов, В.А. Флорин и другие).

Третий этап – были разработаны основы механики трехфазных грунтовых и органогенных систем (1940-1970 г.г. Ю.К. Зарецкий, З.Г. Тер-Мартиросян и другие).

Четвертый этап – разрабатывается механика трещиновато-блочных скальных пород (П.Д. Евдокимов, С.Б. Ухов и другие) и механика слабых органических масс (Н.Н. Морарескул, П.С. Амарян, М.Ю. Абелев, П.А. Коновалов и другие).

Геомеханика ОГР базируется на хорошо обоснованных закономерностях механики сплошных сред (теоретическая основа), но для несплошных раздробленных тел учитывает особые факторы – раздробленность (рис. 8).

Рис. 8. Этапы развития геомеханики открытых горных работ: а – сплошное тело, б – двухфазная грунтовая масса, в – трехфазная грунтовая система, г – трещиновато-блочная скальная порода, д – слабая (органическая) масса, е – технологическая механика грунтов (ТМГ); 1 – твердая фаза (скелет – основа), 2 – жидкая фаза (вода), 3 – газообразная фаза (воздух); А – механика сплошных (ненарушенных массивно-кристаллических сред), Б – механика многофазных грунтов (рыхлых пород), В – механика трещиновато-блочных скальных пород, Г – механика органно-минеральных и органических масс, Д – технологическая механика грунтов (ТМГ)

Технологическая механика грунтов (ТМГ) изучает взаимодействие объекта в процессе возведения, а также в условиях дестабилизирующихся воздействий на грунтовый массив (разрабатывается в настоящее время в НИИОСПе и других ВУЗах).

Дисциплина введена в учебные планы специальности «открытые горные работы» в 1970 году. За прошедший период она претерпевала изменения как по содержанию, так и наименованию:

• с 1970 г. – «Дренаж и осушение», а затем «Устойчивость и осушение»;

• с 1985 г. – «Управление состоянием массива»;

• с 1994 г. – «Геомеханика ОГР».