Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ФЁДОРОВА Елена Алексеевна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ
ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ ИХ УСТОЙЧИВОСТЬЮ
НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
Специальности:
25.00.22 - Геотехнология подземная, открытая и
строительная;
25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород,
рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Чита - 2008
Работа выполнена в ГОУ ВПО
Читинский государственный университет
Научные консультанты : доктор технических наук, профессор
Рашкин Анатолий Васильевич; |
доктор технических наук, профессор
Секисов Геннадий Валентинович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Серяков Виктор Михайлович;
доктор технических наук
Тюпин Владимир Николаевич;
доктор технических наук
Шевкун Евгений Борисович
Ведущая организация - Иркутский государственный технический университет
Защита состоится 25 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государственном университете
(г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета)
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.299.01
Факс: (3022) 41-64-44; Web-server: www.chitgu.ru; E-mail: root@chitgu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского
государственного университета
Автореферат разослан 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
канд. геол.-минерал. наук Котова Н.П.
Актуальность проблемы
При добыче угля, золота и др. видов твердых полезных ископаемых открытый способ разработки месторождений обладает рядом преимуществ над подземным, в частности, более низкой себестоимостью и высокой производительностью труда. Экономически обосновано применение бестранспортной системы разработки с внутренним отвалообразованием на угольных месторождениях Канско-Ачинского, Иркутского и др. бассейнов Восточного региона. Высокая эффективность комплекса лэкскаватор-драга позволила большинству крупных производственных объединений почти полностью отказаться от подземной разработки глубоких россыпей и перейти к широкому использованию при вскрышных работах бестранспортной системы разработки с внешним отвалообразованием.
Выборочная отработка легкодоступных пластов и россыпей в прошлом привела к освоению сложноструктурных угольных месторождений и глубоких россыпей на настоящем этапе, а вследствие этого - к увеличению землеёмкости открытых горных работ. Повышения эффективности вскрышных работ и снижения экологической нагрузки на окружающую среду в изменившихся условиях добиваются за счет применения шагающих экскаваторов (драглайнов) большой единичной мощности и усложненных технологических схем, предусматривающих использование свежеотсыпанных отвалов в качестве рабочих площадок и подрезку их откосов при подготовке запасов к выемке. В результате внедрения таких схем увеличивается емкость внешних отвалов и сокращаются площади земель, в дальнейшем требующих рекультивации. Однако условия эксплуатации горных машин при этом ухудшаются, а риски развития недопустимых кренов и осадок в основании их опорных элементов возрастают.
Несмотря на накопленный опыт ведения открытых горных работ, периодически регистрируются деформации откосов, нарушения условий эксплуатации горных машин, обрушения сводов подземных полостей. Деформации внутренних платообразных отвалов на действующих угольных карьерах приводят к значительным потерям готового к выемке полезного ископаемого. На стадии рекультивации возможность перепланировки поверхностей внутренних песчано-глинистых отвалов в форме конусов и гребней появляется только на заключительной стадии их самоуплотнения. При разработке глубоких россыпей глинистые породы, извлекаемые экскаватором со дна забоя, растекаются, занимая большие площади. Нередко теряют устойчивость отвалы, сформированные из пород подводной части забоя.
Повышением уровней потерь и непроизводительных затрат на ликвидацию последствий деформаций уступов, бортов карьеров и отвалов в условиях увеличения глубины первых и высоты вторых, а так же мощности и габаритов эксплуатируемого на них горного оборудования обусловлено повышение требований к достоверности прогнозных оценок напряженно-деформированного состояния перечисленных геотехнических сооружений. Эффективность и безопасность взрывной отбойки пород на карьерах в непосредственной близости от подземных выработок и гротов крупных пещер, используемых в производственных, хозяйственных и др. целях, обеспечивают оптимальные размеры целиков и высокая надежность оценок сейсмической устойчивости несплошных массивов.
Необходимого уровня достоверности обоснования параметров геотехнических сооружений месторождений в современных условиях позволяет достичь переход от частных оценок устойчивости откосов и сводов, деформируемости и несущей способности оснований к оценкам состояния геотехнических систем, объединяющих геотехнические сооружения, технические средства и массивы горных пород, находящиеся с ними во взаимодействии. От аналитических методов решения геомеханических задач с их упрощенными расчетными схемами - к современным численным методам, учитывающим условия взаимодействия элементов геотехнических систем, неоднородность породных массивов и упругопластический характер деформаций горных пород при высоких уровнях напряжений.
С существенным изменением состава и физико-механических свойств пород при экскавации неоднородных толщ связана необходимость разработки новых приборов, предназначенных для испытаний разрыхленных смесей на прочность и сжимаемость, методик получения и обработки исходных данных о составе и свойствах пород, методов определения наиболее вероятного положения границ между квазиоднородными зонами.
Перечисленными обстоятельствами обусловлена необходимость совершенствования методик исследований геотехнических сооружений месторождений, обработки полученных данных и прогнозирования их напряженно-деформированного состояния, а также выяснения причин неэффективности традиционных способов управления устойчивостью отвалов, и дальнейшего их совершенствования.
В связи с этим проблема совершенствования методологии прогноза состояния геотехнических систем и управления их устойчивостью на открытых горных работах является весьма актуальной.
Работа выполнена в рамках государственной целевой комплексной программы Геомеханические процессы в геологических формациях и геотехнических сооружениях месторождений полезных ископаемых (№ 01920009628) и договорных научно-исследовательских работ с ПО Лензолото, ОАО ЗабайкалцветметНИИпроект и ООО Забайкалзолотопроект.
Идея работы заключается в научно-техническом обеспечении рационального формирования и безопасного функционирования геотехнических систем путем повышения достоверности прогнозных оценок их состояния и эффективности способов управления их устойчивостью.
Цель работы - развитие методических основ оценки напряженно-деформированного состояния геотехнических систем и совершенствование способов эффективного управления их устойчивостью.
Объект исследований - геотехнические системы, основными элементами которых являются уступы, борта и отвалы.
Предмет исследований - напряженно-деформированное состояние и способы управления устойчивостью геотехнических систем, формирующихся при проведении открытых горных работ.
Основные задачи исследований:
- оценить современное состояние разработки проблемы прогнозирования и обеспечения устойчивости бортов, уступов и отвалов при разработке сложноструктурных угольных месторождений и глубокозалегающих россыпей Восточного региона;
- разработать методики получения достоверных оценок напряженно-деформированного состояния геотехнических систем;
- выявить факторы, влияющие на морфологию песчано-глинистых экскаваторных отвалов и распределение в их пределах крупных глинистых включений;
- установить закономерности, отражающие особенности формообразования и деформирования песчано-глинистых отвалов, отличающихся по составу в процессе их отсыпки, а также развития кренов и осадок в основаниях баз шагающих экскаваторов, работающих на таких отвалах;
- разработать математическую модель распределения крупных глинистых включений в песчано-глинистых отвалах;
- разработать обобщенные структурные модели крупнообломочных пород и массивов и математический метод их воспроизведения в виде упаковок обломков и систем связей между ними;
- усовершенствовать способы управления устойчивостью внутренних песчано-глинистых отвалов и разработать новые технологические решения, обеспечивающие повышение емкости внешних отвалов слабых пород;
- разработать рекомендации по выбору моделей шагающих экскаваторов и созданию их новых модификаций лучшим образом приспособленных к условиям сложноструктурных угольных месторождений и глубоких россыпей.
Методы исследований. При выполнении исследований проводились натурные наблюдения за процессами горных работ с инструментальными измерениями параметров отвалов, формируемых в различных условиях. При оценке состояния экскаваторно-отвальных систем использованы метод системного анализа, позволивший установить взаимосвязи между отдельными элементами систем и выявить факторы, влияющие на условия их функционирования, методы анализа надежности систем и рисков их отказов. Физико-механические свойства пород изучены лабораторными и полевыми методами, в том числе пенетрационным, сейсмическим и акустическим. Процессы формообразования, деформирования экскаваторных отвалов и распределения в их пределах крупных глинистых включений изучены на физических моделях, отвечающих критериям подобия метода эквивалентных материалов. Напряженно-деформированное состояние породных массивов оценивалось по решениям упругопластических задач, полученным методом конечных элементов. При воспроизведении структур крупнообломочных пород и массивов использован метод статистических испытаний. Результаты исследований обрабатывались методами теории вероятностей и математической статистики.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Методики оценки состояния геотехнических систем, в основу которых положены расчетные схемы, отражающие условия взаимодействия отдельных элементов, эмпирические уравнения, описывающие изменение свойств пород в массивах, усовершенствованные методы их разграничения на квазиоднородные зоны, решения упругопластических задач методом конечных элементов.
2. Математическая модель распределения крупных глинистых включений в песчано-глинистых отвалах, отражающая зависимость числа и положения квазиоднородных зон, а также средних содержаний кусков в них от высоты отвального конуса, среднего размера и содержания включений в исходной смеси.
3. Закономерности формообразования ненагруженных и деформирования нагруженных песчано-глинистых экскаваторных отвалов, отражающие цикличность изменения и тенденцию к уменьшению углов откоса конусных отвалов на последней стадии их отсыпки, а также развития осадок и кренов в основании баз шагающих экскаваторов, использующих отвалы в качестве рабочих площадок.
4. Методика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных систем по вероятностям отказов и степени использования ресурсов их элементов, позволяющая при выборе параметров технологических схем вскрышных работ, предусматривающих использование свежеотсыпанных отвалов в качестве рабочих площадок драглайнов, принимать решения, исходя из допустимого уровня риска.
5. Усовершенствованные способы управления устойчивостью отвалов, позволяющие избежать образования слабого слоя на контакте внутреннего экскаваторного отвала с основанием, и увеличить емкости внешних отвалов слабых пород за счет армирования их откосов или призм упора замкнутыми контурами.
Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что получены новые знания о природе и закономерностях физико-механических процессов, влияющих на устойчивость геотехнических сооружений месторождений, на основании которых:
- повышена достоверность оценок напряженно-деформированного состояния геотехнических систем за счет использования: нового оборудования для изучения механических свойств разрыхленных пород и методического обеспечения; эмпирических уравнений, описывающих изменение физико-механических характеристик пород в пределах массивов; расчетных схем, отражающих структурные особенности массивов; решений упруго-пластических задач, полученных методом конечных элементов;
- впервые установлено наиболее вероятное положение границ между слоями, существенно отличающимися по плотности, в свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалах с помощью статистических тестов методом, основанным на (доказанном в ходе его реализации) предположении о равенстве расхождений между средними оценками в соседних зонах при закономерном изменении контролируемого показателя по глубине;
- выделены три стадии формообразования песчано-глинистых конусных отвалов, отличающиеся по степени и характеру изменения углов откоса;
- установлены закономерности, отражающие цикличность изменения и тенденцию к уменьшению углов откоса на третьей стадии формообразования;
- выявлена зависимость высоты, достигнув которой конусные отвалы начинают периодически деформироваться, от сцепления, характера искривления линии откоса от угла внутреннего трения4 степени ее искривления от среднего размера включений; их содержания в исходной смеси и высоты отсыпки;
- разработана математическая модель распределения крупных глинистых включений в песчано-глинистых отвалах, отражающая зависимость числа и положения квазиоднородных зон, а также средних содержаний кусков в них, от высоты конусного отвала, среднего размера и содержания крупных включений в исходной смеси;
- определен вид зависимостей, связывающих высоту нагруженных шагающими экскаваторами отвалов с осадками и кренами их базы, установлена последовательность отказов экскаваторно-отвальных систем вследствие достижения перечисленными показателями эксплуатационной безопасности критических значений;
- разработана методика сравнения параметров экскаваторно-отвальных систем по вероятностям отказов, в результате ее реализации шагающие экскаваторы разделены на три группы, отличающиеся по степени использования ресурса технических характеристик при работе на свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалах;
- обоснована необходимость разработки новых моделей драглайнов, лучше приспособленных к условиям разработки сложноструктурных угольных месторождений и глубокозалегающих россыпей;
- усовершенствованы способы управления устойчивостью внутренних песчано-глинистых отвалов с учетом установленных причин неэффективности мероприятий, направленных на улучшение свойств отвальных пород;
- установлена неоднородность природных массивов крупнообломочных пород по числу контактов у обломков и площадям зон их соприкосновений;
- разработаны обобщенные структурные модели крупнообломочных пород и массивов, а также теоретические основы метода воспроизведения их структур в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними.
Достоверность научных положений и выводов обеспечивается представительным объемом полевых и лабораторных исследований, подтверждается высокой степенью сходимости между сравниваемыми параметрами и положительными результатами внедрения проектных решений по параметрам бортов карьеров и отвалов, обоснованных прогнозными оценками напряженно-деформированного состояния геотехнических систем.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработаны способы формирования устойчивых отвалов из слабых пород за счет армирования замкнутыми контурами откосов бульдозерных отвалов или призм упора экскаваторных отвалов (пат. РФ № 2233947);
- определены оптимальные по числу перевалок и перемещаемому во внутренний отвал объему вскрышных пород параметры технологических схем дифференцированного размещения в промежуточных отвалах песчано-глинистых смесей, обеспечивающие устойчивость внутренних отвалов за счет очистки отвальных пород от крупных глинистых включений на стадии их переэкскавации, ограничена область применения таких схем;
- разработана оптимальная система опробования конусных отвалов, позволяющая автоматизировать процесс пространственной привязки образцов и значительно сократить число образцов, необходимое для разграничения отвалов на квазиоднородные зоны.
- повышена эффективность мероприятий, направленных на предотвращение деформаций внутренних песчано-глинистых экскаваторных отвалов за счет удаления с помощью взрывов глинистых включений из скоплений, локализованных в зоне контакта отвала с основанием, на начальной стадии самоуплотнения отвальных пород;
- предложен порядок отстройки оптимальных профилей многоярусных отвалов и бортов карьеров, учитывающий структурные особенности породных массивов, изменение свойств пород, способы очистки берм и разработки вскрышных пород, взаимное влияния на напряженно-деформированное состояние элементов геотехнических систем;
- обоснованы главные направления модернизации шагающих экскаваторов с целью создания горных машин специального назначения, сориентированных на горно-геологические условия глубоких россыпей и сложноструктурных угольных месторождений;
- предложены оптимальные по характеристикам эксплуатационного качества и стоимости варианты усиления конструкций жестких и нежестких покрытий карьерных дорог;
- установлены рациональные размеры охранного целика и параметры технологических схем буровзрывных работ, обеспечивающие сохранность уникальных подземных объектов, расположенных в непосредственной близости от карьера, разрабатываемого способом взрывной отбойки пород;
- автоматизированы процедуры статистической обработки данных о составе и свойствах отвальных пород, разграничения отвалов на квазиоднородные зоны, воспроизведения структур крупнообломочных пород и массивов в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними по параметрам распределений длин и коэффициентов формы обломков, числа и площадей контактов;
- разработан механический стабилометр, позволяющий испытывать образцы разрыхленных пород в условиях трехосного осесимметричного сжатия, и методическое обеспечение проведения испытаний на новом приборе и обработки их результатов (авторские свидетельства СССР № 1675730 и № 1759131, патент СССР № 188227138).
ичный вклад автора:
- постановка задач, выбор методов, проведение как теоретических, так и экспериментальных исследований;
- разработка и реализация методик получения и обработки исходных данных для геомеханических расчетов, а также методов разграничения отвалов на квазиоднородные по плотности зоны и процедур их разграничения на квазиоднородные по составу зоны;
- оценка состояния геотехнических систем и рисков их отказов;
- разработка технологических способов целенаправленного изменения состава песчано-глинистых отвальных пород в процессе их перевалки и повышения емкости внешних отвалов слабых пород;
- конструирование устройств для изучения физико-механических свойств отвальных пород и эквивалентных им материалов;
- разработка структурных моделей и основных процедур метода воспроизведения структур крупнообломочных пород и массивов в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними;
- обработка, анализ и обобщение полученных результатов;
- формулировка выводов и рекомендаций.
Реализация результатов работы:
- результаты выполненных исследований использованы при обосновании параметров технологических схем ведения вскрышных работ на угольном разрезе Харанорский, при разработке Красноармейского и Балахнинского месторождений россыпного золота, Уртуйского флюоритового и Жирекенского молибденового месторождений, Чинейского месторождения медно-сульфидных руд, Талатуйского, Тарданского, Андрюшкинского, Богомоловского, Савкинского и Итакинского рудных месторождений;
- опытная партия механических стабилометров прошла апробацию в отделе изысканий Забайкалжелдорпроекта, в лаборатории геомеханики Читинского института природных ресурсов СО РАН и учебной лаборатории Читинского государственного университета;
- результаты исследований внедрены в учебный процесс в виде методических рекомендации по определению и статистическому анализу физико-механических характеристик нарушенных пород;
- на основе предложенных моделей, методов и методик разработаны четыре программы для ПЭВМ.
Апробация работы
Диссертация обсуждалась на расширенном семинаре кафедр открытых горных работ, подземной разработки МПИ и безопасности жизнедеятельности ЧитГУ (Чита, 2007), на научных семинарах Института горного дела СО РАН (Новосибирск, 2007) и Института горного дела ДВО РАН (Хабаровск, 2007).
Основные положения диссертационной работы доложены на: научном симпозиуме Неделя горняка (Москва, 2002 и 2008), международной конференции по геотехнике Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчета и инженерная практика (Санкт-Петербург, 2005), научной конференции ЛИСИ (Ленинград, 1991), региональной конференции Локальный прогноз и разработка месторождений золота (Чита, 1992), международном научно-техническом семинаре Защита инженерных сооружений от морозного пучения (Якутск, 1993), международном симпозиуме Геокриологические проблемы строительства в восточных районах России и Северного Китая (Якутск, 1998), международной конференции Проблемы прогнозирования в современном мире (Чита, 1999), региональной конференции Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья (Чита, 2000), межрегиональной конференции Проблемы экологической безопасности Восточных границ России на рубеже тысячелетий (Чита, 2000), межрегиональной научно-технической конференции Новый век - новые открытия (Чита, 2001), 2-й международной конференции Забайкалье на пути к устойчивому развитию (Чита, 2001), международной научно-практической конференции Технические науки, технологии и экономика (Чита, 2001), 2-й международной научно-практической конференции Человек - среда - вселенная (Иркутск, 2001), международном совещании Экологические проблемы и новые технологии переработки минерального сырья (Чита, 2002), 3-й межрегиональной научно-практической конференции Технические науки, технологии и экономика (Чита, 2003),
Основное содержание диссертации изложено в 39 работах, включая монографию и учебное пособие, из них в рекомендованных ВАК изданиях опубликовано 7 работ. Авторскими свидетельствами и патентами защищено 4 изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического списка из 246 наименований, содержит 345 страниц текста, в том числе 21 таблица, 110 рисунков и приложений на 113 страницах.
Автор весьма признательна доктору технических наук А.В. Рашкину - научному консультанту на первых этапах работы над диссертацией и благодарит доктора технических наук Г.В. Секисова - научного консультанта на заключительном этапе за ценные советы и замечания, выражает благодарность за полезные советы ведущим ученым в области геомеханики - докторам технических наук А.Б. Фадееву, А.К. Бугрову и Э.Л. Галустьяну, кандидатам технических наук Т.К. Пустовойтовой и И.И. Ермакову, а также сотрудникам лаборатории геомеханики ЧИПР СО РАН (ИПРЭК СО РАН) и Кафедры открытых горных работ ЧитГУ и их руководителям докторам технических наук И.И. Железняку и Ю.М. Овешникову за оказанную помощь при проведении исследований.
Основное содержание работы
Состояние разработки проблемы устойчивости геотехнических
сооружений месторождений, разрабатываемых открытым способом
Значительный вклад в развитие теории открытой разработки внесли академики М.И. Агошков, Н.Н. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, чл.-корр. Е.И. Богданов и А.А. Пешков.
Виды и причины деформаций, факторы, влияющие на устойчивость откосов, закономерности проявления геомеханических процессов, методы прогнозирования и оценки состояния выработок и отвалов, способы управления их устойчивостью описаны и систематизированы в работах А.И. Арсентьева, Э.Л. Галустьяна, А.М. Демина, О. Ю. Крячко, Р.П. Окатова, М.Е. Певзнера, И.И. Попова, С.И. Попова, Г.Л. Фисенко, П.Н. Панюкова, М.А. Ревазова и др.
Состав и физико-механические свойства пород нарушенного и ненарушенного сложения изучали С.А. Батугин, А.В. Бирюков, Г.К. Бондарик, О.А. Борсук, М.Н. Гольдштейн, И.И. Ермаков, Ю.И. Зернов, А.О. Крыжановский, И.В. Куницын, Д. В. Лемос, М.П. Лысенко, М.Н. Маслов, Ю.Ф. Морозов, Т.В. Нефедова, Р.П. Окатов, В.И. Осипов, П.Н. Панюков, И.И. Попов, Д.М. Шестернев и др.
Несмотря на большой объем выполненных исследований, раскрыты далеко не все аспекты проблемы устойчивости геотехнических сооружений месторождений и, прежде всего, отвалов. Методы разграничения породных массивов на квазиоднородные зоны не адаптированы к отвалам. Нет определенности в отношении причин отклонения линий их откосов от прямолинейного положения. Сложившиеся представления об изменении фракционного состава вдоль линии откоса не позволяют судить о характере распределения разномасштабных компонент смесей в телах конусных отвалов.
Расхождения во мнениях относительно изменения показателей плотности и характеристик прочности в песчано-глинистых отвалах, а также проблемы, связанные с испытанием образцов разрыхленных пород в условиях, максимально приближенных к условиям их работы в массивах, явились причиной для разработки новых приборов и совершенствования методик получения и обработки исходных данных.
При анализе ранее проведенных исследований установлены: влияние на характеристики состава и свойств пород размеров образцов; зависимость механических характеристик от уровня и условий передачи на них нагрузок, состава и физического состояния пород; стохастическая природа показателей состава и свойств пород. Выявлены проблемы, связанные с испытанием образцов разрыхленных пород в гидравлических стабилометрах. Перечисленными факторами обусловлена необходимость проведения испытаний образцов в лабораторных условиях при реальных уровнях напряжений и условиях передачи нагрузок на породы в массивах, совершенствования приборов, методик проведения и обработки результатов испытаний, преимущественного использования полевых методов при изучении механических свойств пород.
Несоответствием расчетных схем аналитических методов условиям взаимодействия элементов геотехнических систем, а результатов расчетов - реальному их напряженно-деформированному состоянию, обоснована необходимость использования численных методов, не накладывающих ограничений на граничные условия, и упругопластической деформационной модели среды, позволяющей анализировать деформации породных массивов во всем диапазоне напряжений, вплоть до их разрушения. Целесообразность этого предложения подтверждена положительным опытом решения широкого круга геомеханических задач методом конечных элементов (МКЭ) с использованием программных комплексов, разработанных под руководством А.Б. Фадеева, Ш.М. Айталиева и др.
Развитию перспективных направлений механики зернистых сред способствовала невысокая надежностью данных о физико-механических свойствах крупнообломочных пород, обусловленная масштабным эффектом, а также существенное отличие фактических напряжений от их теоретических значений в средах, где нагрузки передаются через контакты.
Изучением закономерностей деформирования и передачи нагрузок через контакты в сыпучих средах занимались Р. Бартон, А.П. Бобряков, Л. Бьеррум, Г. Дересевич, Б.И. Дидух, И.И. Кандауров, Г.К. Клейн, К.О. Курезов, Ю.Ф. Морозов, Д. Тейлор и др.
В разработку современных методов моделирования состояния контактных систем значительный вклад внесли П. Кюндалл, Д. Лемос, Р. Харт и др.
В результате анализа их работ, наиболее надежным, с точки зрения оценки состояния массивов крупнообломочных пород, признан метод дискретных элементов, опробованный на регулярных упаковках и типовых структурах сыпучих пород при различных условиях нагружения. В перспективе этот метод может быть использован при оценке деформаций подвижных многоярусных отвалов, формируемых из обломков скальных пород на горных слонах (проектная высота которых достигла 1400 м, а высота яруса 600 м). Однако возможным это станет только при условии разработки: методических основ описания структур реальных крупнообломочных пород и массивов; способов определения их основных характеристик в полевых условиях, учитывающих их естественную изменчивость; метода воспроизведения в виде математических моделей упаковок обломков и систем связей между ними.
Использованные А.И. Арсентьевым, В.И. Зобниным, Ю.В. Лесовым, А.М. Лепехиным, Л.Н. Хрусталёвым и др. учеными вероятностно-статистические методы оценки надежности принятых решений рассмотрены с точки зрения возможности их использования при анализе рисков отказов экскаваторно-отвальных систем в условиях неопределенности исходных данных о свойствах пород.
Повышению эффективности вскрышных работ и снижению экологической нагрузки на окружающую среду способствовали технологические решения, предложенные В.А. Галкиным, Ф.В. Дудинским, Л.В. Жуковым, В.С. Коваленко, Н.В. Мельниковым, В.И. Первых, В.В. Ржевским, В.К. Репетух, П.И. Томаковым, С.А. Шемякиным, И.М. Щадовым и др. Их внедрение способствовало реализации на практике основных принципов рационального природопользования: более полного извлечения полезных ископаемых из недр, минимизации изъятия ценных земель и сокращения сроков их использования.
Выявленные недостатки способов повышения устойчивости и емкости отвалов учтены при разработке более эффективных технологических решений.
Методики оценки состояния геотехнических систем
В целях повышения надежности оценок напряженно-деформированного состояния экскаваторно-отвальных систем разработаны комплексные методики, в основу которых положены усовершенствованные методы разграничения их основных элементов - отвалов на квазиоднородные зоны, эмпирические уравнения, описывающие изменение свойств пород, анализ решений упругопластических задач, полученных МКЭ при различных параметрах откосов и технических характеристиках экскаваторов.
В результате обобщения опыта исследований песчано-глинистых отвалов разработаны системы опробования отвалов, позволяющие автоматизировать процесс пространственной привязки проб, а также значительно уменьшить количество проб из шурфов и скважин за счет увеличения с глубиной шага z отбора образцов из шурфов и скважин в порядке, заданном уравнениями (1) и (2).
Отвальный конус - ; ; (1)
Групповой отвал - ;
, (2)
где h - высота отвала; i - номер зоны от его поверхности; п - число зон.
В ходе обработки больших объемов данных рассчитаны характеристики изменчивости показателей состава и физического состояния пород в песчано-глинистых отвалах. Полученные значения рекомендованы для использования при определении количества проб, необходимого для их разграничения на квазиоднородные зоны.
В результате анализа данных о составе проб, взятых из отвалов, установлено следующее.
При разработке глубоких валунистых россыпей из крупнообломочных, песчаных и глинистых пород надводной и подводной частей забоя формируются отвалы, в пределах которых распределение разномасштабных компонент не имеет закономерного характера из-за того, что при разгрузке ковша смеси таких пород поступают в отвалы в виде компактных порций.
При открытой разработке угольных и россыпных месторождений из смесей необводненных песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых пород формируются неоднородные по фракционному составу отвалы. Вследствие разделения разномасштабных компонент в гравитационном поле куски глинистых пород закономерно распределяются в пределах конусных отвалов и у их подножий.
В процессе экскавации и отсыпки необводненные песчаные, супесчаные и суглинистые породы разрушаются до мелких агрегатов и смешиваются. При этом в отвалах не формируются зоны, отличающиеся по фракционному составу и влажности. Статистическими тестами на стандартном уровне доверительной вероятности ( = 0,95) существенными признаны только различия между значениями плотности на разных глубинах.
Характер изменения плотности по глубине однородных по фракционному составу супесчаных и суглинистых отвалов описывают зависимости:
= 1,19146 + 0,33914 z0,2; z, м; 0 < z 30 м; r = 0,9290; (3)
= 1,14889 + 0,38828 z0,2; z, м; 0 < z 20 м; r = 0,9583. (4)
При разделении таких отвалов на квазиоднородные по плотности зоны впервые использованы следующие новые методы, учитывающие закономерное изменение контролируемого показателя по глубине.
1. Усовершенствованный вариационный метод объединения соседних областей в квазиоднородные зоны по результатам проверки гипотез о равенстве средних значений и дисперсий по представленной на рис. 1 схеме последовательного приближения расхождений между средними оценками в соседних зонах к средней величине шага.
Рис. 1. Алгоритм усовершенствованного вариационного метода
В результате реализации этого метода определено оптимальное (соответствующее условию выхода из цикла) расхождение между средними значениями плотности в соседних зонах ( = 0,06 г/см3), подтверждена однородность по плотности нижней зоны (ядра) отвала.
2. Метод пошаговой разбивки, основанный на использовании уравнения регрессии вида y = f(z) и принципа равенства оптимальной величине шага - расхождений между средневзвешенными оценками в соседних слоях, рассчитанными с помощью выражения .
В отличие от первого метода второй реализуется при значительно меньшем объеме исходных данных, поскольку для уточнения значений коэффициентов уравнения регрессии их требуется гораздо меньше, чем для проверки статистических гипотез о равенстве средних значений и дисперсий в соседних зонах. Кроме этого, установленное вторым методом положение границ точнее отражает характер изменения плотности в верхних слоях песчано-глинистых отвалов.
Трудоемкие процедуры: пространственной привязки проб; проверки статистических гипотез об изменении показателей состава и свойств пород в пределах отвальных площадок, центральных осей и поверхностей отвалов; разграничения отвалов в форме конусов и гребней на квазиоднородные зоны с учетом степени и характера изменения контролируемых показателей; расчета коэффициентов эмпирических уравнений, выбора и расчета наиболее эффективных оценок средних значений в выделенных зонах и др. - автоматизированы с помощью программного комплекса GRUNT.
Результатами статистического тестирования обоснована возможность использования образцов, приготовленных из средней пробы, при исследовании механических свойств песчано-глинистых отвалов, не содержащих крупных включений.
В лабораторных условиях образцы, приготовленные из материала средней пробы, испытывались на сдвиг с контролем плотности и влажности перед разрушением. Методикой обработки результатов таких испытаний было предусмотрено: получение семейства уравнений вида пр = f(), отражающих зависимость сопротивления сдвигу от плотности при давлениях 0,02; 0,04; 0,06; 0,1; 0,2 и 0,3 МПа; использование полученных уравнений при расчете сопротивлений сдвигу пр,i, соответствующих заданным значениям плотности; использование полученных значений при определении сцеплений сi и углов внутреннего трения i, а уравнения (3) - при определении глубин z соответствующих заданным значениям плотности.
В результате реализации предложенной методики установлен характер изменения показателей прочности по глубине отвалов, рассчитаны погрешности их определения s и коэффициент корреляции r:
c = 0,000124 + 0,015631 z 0,2 ; z, м; rc = 0,9835; sc = 0,001118 МПа; (5)
= 28,3163 0,6048 град. (6)
Комплексная методика, предусматривающая получение в необходимом виде и количестве исходных данных, подготовку расчетных схем и выполнение геомеханических расчетов, позволила достичь достаточно высокой степени сходимости между расчетными и реальными параметрами супесчаных отвалов при разработке Красноармейского месторождения россыпного золота. В ходе ее реализации на расчетных схемах конусных отвалов и их оснований, выделялись границы зон, существенно отличающихся по плотности. Выделенным в пределах слоям и ядру отвала присваивались средневзвешенные значения плотности и сцепления, средние значения угла внутреннего трения и коэффициента поперечной деформации, модули деформации, рассчитанные по результатам компрессионных испытаний имеющих насыпную плотность образцов с учетом давлений на границах выделенных зон. Основанию отвала присваивались характеристики пород ненарушенного сложения, определенные по стандартным методикам.
Предельные параметры сохраняющих устойчивость отвальных конусов определялись по результатам решений МКЭ упругопластической задачи, полученным с использованием расчетных схем, отличающихся по высоте и углу откоса, при запусках программы Геомеханика, разработанной под руководством А.Б. Фадеева. В основу ее алгоритма положено предположение о том, что до определенного уровня напряжений деформации развиваются по закону Гука. В качестве критерия текучести в области сжатия принят критерий Кулона. В области растяжения напряжения ограничены прочностью породы на растяжение. При превышении фактическими напряжениями своих теоретических значений решение нелинейной задачи в плоской или пространственной осесимметричной постановке получают методом начальных напряжений, в ходе реализации которого на каждом шаге расчета матрица жесткости системы остается постоянной, а вектор сил системы изменяется. Выбранный метод позволяет судить о деформациях породных массивов по перемещениям узлов расчетных областей, а об их устойчивости и несущей способности - по скорости сходимости итерационного процесса, стабильному увеличению деформаций от цикла к циклу, размерам и положению зон, в пределах которых напряжения достигли предельных значений.
Описанным методом математического моделирования изменения напряженно-деформированного состояния отвальных конусов и групповых отвалов в процессе последовательного увеличения их геометрических параметров были определены и предельные параметры суглинистых отвалов Харанорского угольного разреза. Однако при подготовке расчетных схем в этом случае был использован меньший объем данных о составе и физических свойствах отвальных пород. Положение границ между неоднородными по плотности слоями установлено методом пошаговой разбивки. Секущие модули деформации определены по результатам компрессионных испытаний образцов, отобранных с поверхностей отвалов и из их ядер. Средневзвешенные значения показателей прочности рассчитаны с помощью эмпирических уравнений (7) и (8), полученных при обработке данных пенетрационного зондирования отвалов.
c = 0,00330024 + 0,01320793 z0,15; z, м; rс = 0,7959; sс = 0,001527 МПа; (7)
= 17,606963 + 1,406983 z0,5; z, м; r = 0,8279; s = 0,6131 град. (8)
При сравнении результатов, полученных при исследованиях супесчаных и суглинистых отвалов, установлено следующее.
По мере увеличения содержания глинистых частиц в составе смеси, поступающей из ковша экскаватора, степень изменения сцепления в верхних слоях песчано-глинистых отвалов уменьшается, а степень изменения угла внутреннего трения, наоборот, увеличивается. При увеличении влажности исходной смеси сужаются диапазоны изменения по глубине обеих характеристик.
При сравнении трех способов подготовки исходных данных для геомеханических расчетов, предусматривающих: I - присвоение всем выделенным зонам средних выборочных значений прочностных характеристик и плотности; II - средневзвешенных значений;
III - средневзвешенных значений в слоях и средних выборочных значений в ядре, установлено, что последний способ подготовки данных наилучшим образом соответствует параметрам реальных отвалов (рис. 2).
При анализе результатов математического моделирования напряженно-деформированного состояния отвалов установлено следующее.
Не совпадают границы зон, в которых напряжения достигают предельных значений, соответствующие решениям упруго-пластических задач в плоской и пространственной осесимметричной постановке, при этом расхождения между значениями напряжений х, у, в элементах расчетных областей и перемещений их узлов их и иу достигают 12,0; 8,2; 26,1; 50,9 и 17,7 % соответственно. Предельные углы откосов отвалов отличаются на 1Е 4, притом, что средние значения углов откосов реальных суглинистых отвалов в виде конусов и гребней отличаются на 2.
Полученными результатами подтверждена необходимость учета геоморфологии отвалов при определении их геометрических параметров по предложенной методике.
Образцы песчано-глинистых отвальных пород угольных месторождений и глубоких россыпей испытывались на стандартных и крупногабаритных, обычных и модифицированных компрессионных и сдвиговых приборах, а также на механическом стабилометре, сконструированном для испытания разрыхленных пород (рис. 3).
Конусообразная форма основных элементов его конструкции обеспечивает условия бокового обжатия образца при вертикальном перемещении плунжера вниз в результате передачи на него усилия Q1. Вертикальное сжатие образца происходит в результате передачи на него через поршень усилия Q2. Изменение ширины поперечного сечения образца b контролируется вертикальным перемещением плунжера h1, а изменение высоты образца h2 - вертикальным перемещением поршня.
При обработке результатов испытаний деформационные и прочностные характеристики рассчитываются по ГОСТ 26518-85 с учетом соотношений:
b = h1 ctg; z = h2/h; x= Q2/F2 Cos и z= Q1/F1 ctg , (9)
где h и b - высота и ширина образца до приложения первой ступени нагружения;
F1 - площадь боковой поверхности конической части плунжера;
F2 - площадь верхнего поперечного сечения образца; - угол конусности прибора.
Рис. 3. Механический стабилометр:
1 - корпус; 2 - плунжер; 3 - поршень; 4 - индикаторы часового типа;
5 и 6 - нагрузочные устройства; 7 - риски; 8 - винты-фиксаторы
С учетом того, что величина напряжения z в направлении вертикальной оси одновременно увеличивается (за счет конусности образца) и уменьшается (за счет сил трения на его боковых поверхностях), при конструировании механического стабилометра геометрические параметры плунжера и поршня определены из условия равенства значений z в уровне верхнего и нижнего поперечных сечений образца при его гидростатическом сжатии.
При отклонении величины от единицы добиться равенства z в уровне верхнего и нижнего поперечных сечений образца позволяют поправки Q1 и Q2.
; (10)
; (11)
; (12)
, (13)
где F2 ' - площадь нижнего поперечного сечения образца; R и r - наружный и внутренний радиусы его верхнего поперечного сечения соответственно; f ' - коэффициент трения на контакте образца с поверхностью прибора; T ' и T '' - силы трения, рассчитанные по формуле (13) при = 1 и 1 соответственно.
Усовершенствованный механический стабилометр в ходе испытаний позволяет замораживать, оттаивать или насыщать образцы водой и измерять в них поровое давление. Разработан комплекс методик проведения таких испытаний.
При исследовании неоднородных по составу пород отвалов, формирующихся при разработке глубоких россыпей, использовался крупногабаритный модифицированный одометр. В ходе испытаний, наряду с деформациями образцов измерялись и усилия, передающиеся на них через верхний и нижний диски.
Полученные данные использовались при расчете коэффициента бокового давления в порядке, заданном системой уравнений (14):
k = (P1i - P2i)/Fb; x= k/fТ; z=(P1i+P2i)/2F; = x /z, (14)
где P1i - усилие, передающееся через верхний диск на образец; P2i - усилие, воспринимаемое нижним диском; Fb и F - площади поперечного сечения образца и его боковой поверхности соответственно.
Метод математического моделирования напряженно-деформированного состояния геотехнических систем нашел применение на стадии проектирования как при обосновании возможности разгрузки под откос БеАЗов, так и при отстройке оптимальных профилей многоярусных отвалов и бортов Уртуйского флюоритового, Тарданского, Талатуйского, Андрюшкинского, Богомоловского, Савкинского и Итакинского золоторудных месторождений, Чинейского месторождения медно-сульфидных руд, а также профилей бортов карьера глубокой Балахнинской россыпи. При обосновании возможности использования отвалов в качестве рабочих площадок на Харанорском угольном разрезе и Красноармейском месторождении россыпного золота, строенных уступов на стадии разработки карьера Жирекенского ГОКа. При определении предельных параметров отвалов, формируемых из слабых пород на наиболее глубоком участке Мараканской россыпи.
Возможности используемого метода позволили учесть при подготовке расчетных схем рельеф участков, структурные особенности массивов, изменение свойств пород в их пределах, взаимное влияние на напряженно-деформированное состояние отдельных элементов геотехнических систем, способы очистки берм и разработки вскрышных пород.
Метод математического моделирования нашел применение и при выборе оптимальных по стоимости и показателям эксплуатационного качества вариантов усиления жестких и нежестких покрытий карьерных дорог, типовые конструкции которых не выдерживают нагрузок от БеАЗов грузоподъемностью свыше 40 т.
При решении упругопластической задачи в пространственной осесимметричной и плоской постановке, соответственно использовались расчетные схемы следующих типов:
1) многослойная дорожная одежда, воспринимающая равномерно распределенную нагрузку в пределах зоны контакта заднего колеса самосвала с покрытием;
2) насыпь, состоящая из нескольких подобранных по составу слоев щебня, воспринимающая погонную нагрузку от БеАЗа, и ее основание.
Варианты жестких покрытий сравнивались по прогибу их поверхностей под колесом БеАЗа грузоподъемность 75 и 100 т, степени снижения осевых напряжений и глубине распространения зоны пластических деформаций, а нежесткие - по прогибу поверхности покрытия и суммарной осадке основания и многослойной насыпи от погонной нагрузки.
При обработке полученных данных установлено, что весовым, габаритным и скоростным характеристикам современных карьерных дорог отвечают прочные и долговечные дорожные одежды, представляющие собой комбинации жестких слоев с нежесткими дренирующими прослойками. Область применения нежестких покрытий при суммарной толщине слоев щебня 0,8... 1,6 м в условиях открытой разработки угольных пластов и россыпей ограничена свойствами оснований.
Необходимость в разработке надежной методики оценки сейсмостойкости несплошных породных массивов в условиях рыхления пород взрывами возникла в связи со следующими обстоятельствами: 1) использованием старых выработок и пещер в хозяйственных и других целях; 2) перспективами развития комбинированного способа отработки складчатых структур, предусматривающего сочетание забоев и участков открытых горных работ; 3) присвоением уникальным пещерам статуса памятников природы государственно значения.
Только на территории Забайкалья выявлено и исследовано более 50 пещер. Широкую известность получил карстовый комплекс, расположенный в границах горного отвода Усть-Борзинского месторождения известняков, являющийся памятником природы государственного значения. Высокий статус охраняемого объекта с одной стороны и стремление горного предприятия сократить потери полезного ископаемого до минимума, с другой, способствовали принятию решения об определении оптимальных размеров охранного целика, обоснованных надежными прогнозными оценками сейсмостойкости пораженного карстом трещиноватого массива.
При решении поставленной задачи впервые была использована методика оценки условий функционирования геотехнической системы несплошной массив - борт карьера, разрабатываемый способом взрывной отбойки пород. На первом этапе ее реализации составлена карта, построены разрезы, определены физико-механические характеристики известняков и льда, установлено положение ослабленных трещинами зон, изучен температурно-влажностный режим карстового комплекса, получены записи велосиграмм и акселерограмм массовых взрывов на карьере, построены искусственные акселерограммы.
На втором этапе по результатам математического моделирования МКЭ напряженно-деформированного состояния рассматриваемой геотехнической системы определен предельный уровень сейсмовзрывного воздействия на несплошной массив, соответствующий взрыву 1 т ВВ в 200 м от пещеры. При этом развитие пластических деформаций в пределах анализируемых расчетных областей, соответствующих характерным сечения массива, учтено путем последовательного решения следующих задач: динамической упругой - способом разложения вынужденных перемещений по формам собственных колебаний с использованием искусственных акселерограмм сейсмовзрывных воздействий различной интенсивности; статической упругопластической; квазистатической упругопластической задачи с использованием в качестве исходных данных максимальных векторов перемещений узлов расчетной области {Uxi,уi}max, выделенных в пределах всего временного ряда из массива данных {Uxi,уi}k, сформированного следующим образом:
{Uxi,уi}k = {Udxi,уi}k - {Ucxi,уi}, (15)
где Ucxi,уi - вектор перемещения i-го узла по результатам решения статической упругопластической задачи; Udxik,уik - вектор перемещения i-го узла на k-м шаге табулирования выходных данных по времени при решении упругой динамической задачи.
На следующем этапе с учетом векторной скорости, соответствующей допустимому уровню воздействия на пораженный карстом трещиноватый массив, и экспериментально определенных коэффициентов по формуле М.А. Садовского рассчитаны максимальные массы зарядов в группах и общие массы зарядов для двух направлений продвижения фронта работ.
В результате сопоставления сейсмических эффектов записанных взрывов, отличающихся по ориентации рядов скважин, числу замедлений и массе зарядов, выбран наиболее щадящий режим проведения буровзрывных работ на карьере.
На заключительном этапе моделировалось изменение условий функционирования рассматриваемой геотехнической системы, а именно: разрушения плоского покровного массива многолетнего пещерного льда общей площадью 2400 м2, служащего полом грота пещеры, раскрытия крупных тещин, рассекающих свод, вследствие разрушения его ледяной корки, перехода известняков из мерзлого состояния в талое.
Установлено, что опасность вывалов отдельных блоков из стен и потолка грота повышается. При приближении границы карьера к подземному комплексу в одних зонах напряжения уменьшаются, в других возрастают, но не более чем на 4,6Е9,8 %. По мере углубления карьера с 15 до 75 м на одних участках свода перемещения уменьшаются в 1,2Е 2 раза, на других увеличиваются не более чем в 2,5 раза. Однако даже при прохождении взрывной волны свод не теряет устойчивости. Однако на сейсмостойкость рассматриваемой системы в целом эти факторы заметного влияния не оказывает.
Высокая надежность рекомендованных параметров рассматриваемой геотехнической системы обусловлена использованием экспериментальных данных и учетом развития пластических деформаций в массивах, испытывающих сильные колебания, и подтверждена устойчивым состоянием всех элементов уникального подземного памятника природы.
В рамках развития одного из направлений механики зернистых сред, перспективного в отношении получения достоверных оценок деформаций массивов, сложенных крупнообломочными породами, проведены теоретические и натурные исследования, в ходе которых:
- опробован новый метод подсчета контактов между крупными обломками и измерения их площадей, предусматривающий последовательное извлечение обломков с последующей установкой их в первоначальное положение после окрашивания возможных зон их соприкосновения, окончательное удаление, измерение отпечатков контактов, маркировка установленных контактов на удаленных и оставшихся обломках;
- выбран способ измерения средних размеров обломков в трех взаимно перпендикулярных направлениях, обеспечивающий минимальное расхождение между фактическими объемами и рассчитанными по их линейным размерам;
- при обработке данных о длине обломков, площади и числу контактов статистическими тестами подтверждена неоднородность толщ крупнообломочных склоновых отложений по длине обломков, установлена их неоднородность по числу контактов у обломков и площади зон их соприкосновения;
- выявлена неоднородность распределений значений площадей контактов в пределах отдельных слоев, послужившая основанием для выделения трех типов контактов по условиям соприкосновения обломков (точечных, встречающихся с вероятностью 0,7; контактов по ребру и площадных, встречающихся с вероятностями 0,2 и 0,1 соответственно);
- усовершенствована обобщенная логическая схема структуры крупнообломочной породы путем замены наиболее вероятных значений ее характеристик параметрами их распределений, положенная в основу обобщенной структурной модели массива, сложенного крупнообломочными породами (МКП)
А = f(А1) V Е V f(Ап);
kуд, = f(kуд,1) kуп,1 = f(kуn,1) V Е V kуд,n = f(kуд,n) kуп,n = f(kуn,n);
O =
А,1= f(А,1) А,2= f(А,2) С,2= f(С,2);
s,1 = s,1 VЕ V s,n ; (16)
VЕ V ;
К1 =
Fк1 = f(Fк1,I-1) f(Fк1,II-1) f(Fк1,III-1) V Е V f(Fк1,I-n) f(Fк1,II-n) f(Fк1,III-n);
V VЕ V ;
МКП = К = К2=
Fк2 = f(Fк2,I-1) f(Fк21,II-1) f(Fк2,III-1) V Е V f(Fк2,I-n) f(Fк2,II-n) f(Fк2,III-n);
V V Е V ;
К3 =
Fк3 = f(Fк3,I-1) f(Fк3,II-1) f(Fк3,III-1) V Е V f(Fк3,I-n) f(Fк3,II-n) f(Fк3,III-n);
П = QV WV Л;
О-КТ = f(N1) V Е V f(Nп);
С =
О-П = 1 VЕ V n V O-Л = g1 VЕ V gn V О-W = w1 VЕ V wn .
где О - обломки; К - контакты; П - пустоты; С - отношения между компонентами контактной системы; A - максимальный из трех размеров обломка; kуд, kуп и kут - коэффициенты удлинения, уплощения и утоньшения; А1, А2 и С2 - углы падения и простирания длинной оси и угол падения короткой оси обломка; K1, K 2 и K 3 - сухие, обводненные и сцементированные контакты; s - плотность обломков; к и ск - характеристики сопротивления сдвигу по контактирующим поверхностям; Fк - площадь зоны соприкосновения обломков;
Q - воздух; W - вода; Л - лед; N - число контактов у обломка; , g и w - плотность, льдистость и влажность крупнообломочной породы; I, II и III - типы контактов; n - количество квазиоднородных зон; и V - знаки логических операций ли и лили соответственно.
В целях повышения степени соответствия расчетных схем реальным массивам разработан и реализован в виде программы для ЭВМ метод воспроизведения вариантов упаковок моделей обломков, соответствующих заданным параметрам распределений характеристик структур крупнообломочных пород в выделенных зонах. Последовательность основных операций, выполняемых в ходе реализации этого метода, приведена на рис. 4.
Рис. 4. Модульная схема программы PACKING
Заданные и рассчитанные параметры распределений контролируемых показателей упаковок, полученных при запусках программы PACKING, представлены в табл. 1.
В результате анализа входных и выходных параметров распределений установлено, что расхождения между средними значениями длин обломков, числа и площадей контактов не выходят за пределы 0,03Е 3,22 %, а расхождения между их среднеквадратическими отклонениями - 10,51Е 28,39 %.
Таблица 1
Параметры распределений характеристик структуры и вариантов ее модели
Запуск программы | Плотность породы (плотность упаковки), г/см3 | Средние значения и среднеквадратические отклонения характеристик структуры (ее модели): | |||||||
длины обломков, м | коэффициентов удлинения и уплощения | числа контактов у обломка | площади контактов I, II и III типов, м2 | ||||||
А | A | k | k | N | N | lgF | lgF | ||
1 | 1,8 (1,8) | 0,1128 (0,1126) | 0,0447 (0,0396) | kуд - 0,6820 (0,7567) kуп - 0,6112 (0,5578) | 0,1923 (0,1383) 0,1805 (0,1458) | 6,3460 (5,8510) | 2,1792 (2,7809) | I: -0,3208 (-0,3197) II: 0,1242 (0,1245) III: 0,7102 (0,7076) | 0,2317 (0,2041) 0,1947 (0,1714) 0,4340 (0,3827) |
2 | 1,8 (1,8) | (0,1123) | (0,0395) | kуд - (0,7527) kуп - (0,5568) | (0,1386) (0,1453) | (6,4394) | (2,7553) | I: -(0,3201) II: (0,1232) III: 0,7098) | (0,2038) (0,1704) (0,3830) |
3 | 1,8 (1,8) | (0,1125) | (0,0397) | kуд - (0,7540) kуп - (0,5555) | (0,1384) (0,1451) | (6,3317) | (2,7914) | I: (-0,3213) II:(0,1234) III: (0,7138) | (0,2049) (0,1710) (0,3780) |
4 | 1,8 (1,8) | (0,1122) | (0,0396) | kуд - (0,7546) kуп - (0,5555) | (0,1381) (0,1451) | (6,3601) | (2,7756) | I: (-0,3181) II: (0,1282) III: (0,7027) | (0,2052) (0,1704) (0,3838) |
Математическая модель распределения крупных глинистых
включений в песчано-глинистых отвалах
Изучение процесса распределения кусков глинистых пород в пределах экскаваторных отвалов, формируемых из рыхлых смесей песчаных и пылевато-глинистых пород, обусловлено отсутствием данных по этому вопросу, а также неэффективностью традиционных мероприятий по осушению отвальных площадок, направленных на предотвращение деформаций внутренних песчано-глинистых отвалов.
Процесс распределения крупных включений в пределах отвальных конусов изучен на физических моделях, формируемых из смесей разномасштабных компонентов, удовлетворяющих критериям подобия метода эквивалентных материалов.
В ходе экспериментов с различных отметок из смесей, содержащих 1Е 32 % включений, отсыпались модели высотой 10Е35 см. В качестве включений использовались кубики трех размеров, соответствующих минимальному, среднему и максимальному размерам кусков глинистых пород в их скоплениях у подножий отвалов.
После отсыпки и фиксации геометрических параметров модели разбирались по регулярной схеме, предусматривающей последовательное удаление объемов, представляющих собой тела вращения, сначала из отвального конуса, а затем из зоны разброса, примыкающей к его подножью. На заключительном этапе эксперимента происходило разделение компонентов смеси ситовым методом и их дифференцированное взвешивание.
Полученные данные обрабатывались с помощью программы DISINTEGRATION, представляющей результаты расчетов в виде таблиц, картин изолиний содержаний включений в пределах отвалов - Zd и диаграмм распределений содержаний включений от их общей массы - Zk по зонам колец разброса.
В результате визуальных наблюдений, анализа фотографических материалов, картин изолиний и диаграмм распределений установлено следующее.
1. В отвальных конусах формируются зоны, существенно отличающиеся по процентному содержанию включений. Их положение, форма и количество зависят от процентного содержания включений в составе исходной смеси - р, высоты отвала - H, среднего размера включений - r и высоты разгрузки ковша - Нp.
2. В зависимости от среднего размера и высоты отсыпки в периферийной зоне нижнего яруса отвального конуса скапливается 50Е 89 % содержащихся в нем включений, а у подножья 9Е 32 % от их общей массы.
3. Из смесей, содержащих более 5 % крупных глинистых включений, на расстоянии 10Е 12 м от вертикальной оси отвала на его контакте с основанием из кусков глинистых пород формируется упаковка с открытыми пустотами (не заполненными или частично заполненными рыхлым материалом). Мощность упаковки возрастает в радиальном направлении и достигает своего максимального значения на границе отвала с кольцом разброса.
В реальных условиях упаковки такого рода характеризуются высокой водопроницаемостью и низкой водопрочностью. При наличии инфильтрационных или подземных вод куски глинистых пород, из которых они состоят, со временем насыщаются водой и деформируются, при этом упаковки превращаются в слабые водонепроницаемые слои. Описанный механизм процесса образования слабого слоя объясняет как деформации внутренних отвалов, захватывающие значительные площади и сопровождающиеся выдавливанием пластичных глинистых масс из их оснований, так и снижение со временем эффективности дренажных систем в виде траншей, заполненных фильтрующим материалом.
При отсыпке на сухие площадки с организованным стоком дождевых и талых вод смесей, содержащих крупные глинистые включения, устойчивость песчано-глинистых отвалов, наоборот, повышается за счет призм упора, образующихся естественным образом у подножий откосов и повышенного содержания более прочных включений в зонах концентрации касательных напряжений.
При проверке статистических гипотез об аналогичности моделей отвалов, сформированных из смесей, содержащих только включения среднего размера и включения трех размеров при их различном соотношении, установлено, что суммарные содержания включений в зонах отличаются не существенно, если распределения значений r симметричны.
В результате обработки данных по 141 модели, установлено число зон, квазиоднородных по содержанию глинистых включений, и наиболее вероятное положение границ между ними. Определен вид уравнений, описывающих изменение содержаний включений в кольцах разброса Zk и их содержаний в квазиоднородных зонах Zd,i. Рассчитаны относительные объемы зон V, выделенных на схемах разграничения отвалов. Результаты исследований отражены в табл. 2.
Таблица 2
Модель распределения крупных глинистых включений в отвальных конусах
ХВысота отвала, м | ХСодержание включений в смеси, % | ХСхемы разграничения отвалов на квазиоднородные зоны | ХОтносительные объемы зон и формулы для расчета в них процентных содержаний включений |
| 10 | до 20 | V = 1; Zk = p(33,374182 r 0,7 + 0,0525689 Hp)/100 | |
| 15 | до 20 | 1: V = 0,75; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,552303 p; { при r = 0,168 - Zd,1 = 0,751237 p; 2: V = 0,25; Zd,2 = 1,290795 p | |
| 20 | до 10 | 1: V = 0,82; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,601118 p;Х при r = 0,168 - Zd,1 = 0,756839 p; 2: V = 0,18; Zd,2 = 1,291461p | |
| 20 | от 10 до 20 | 1: V = 0,28; Zd,1 =0,552973 p; 2: V = 0,54; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,653807p; при r = 0,168 - Zd,2 = 0,889330 p; 3: V = 0,18; Zd,3 = 1,291461p | |
| 25 | до 10 | 1: V = 0,75; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,542621p; при r = 0,168 - Zd,1 = 0,746109 p; 2: V = 0,25; Zd,2 = 1,156336 p | |
| 25 | от 10 до 20 | , | 1: V = 0,37; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,380303 p; Х при r = 0,168 - Zd,1 = 0,623555 p; 2: V = 0,23; Zd,2 = 0,605017 p; 3: V = 0,27; Zd,3 = 0,893375 p; 4: V = 0,13; Zd,4 = 1,633699 p |
| 30 | до 10 | 1: V = 0,50; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,401923 p; при r = 0,168 - Zd,1 = 0,575494 p; 2: V = 0,19; при r = 0,672 - Zd,2 = 0,625654p; при r = 0,168 - Zd,2 = 0,775644 p; 3: V = 0,31; Zd,3 = 1,305912 p | |
| 30 | от 10 до 20 | 1: V = 0,51; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,401923 p; при r = 0,168 - Zd,1 = 0,575494 p; 2: V = 0,13; при r = 0,672 - Z2 = 0,614948 p; при r = 0,168 - Zd,2 = 0,769856 p; 3: V = 0,24; Zd,3 = 1,005772 p; 4: V = 0,12; Zd,4 = 1,733784 p | |
| 35 | до 10 | 1: V = 0,57; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,343498 p; при r = 0,168 - Zd,1 = 0,418921 p; 2: V = 0,20; Zd,2 = 0,717195 p; 3: V = 0,23; Zd,3 = 1,510327 p | |
| 35 | от 10 до 20 | 1: V = 0,39; при r = 0,672 - Zd,1 = 0,325282 p; при r = 0,168 - Zd,1 = 0,510025 p; 2: V = 0,10; Zd,2 = 0,672432 p; 3: V = 0,18; Zd,3 = 1,123863 p; 4: V = 0,09; Zd,4 = 0,300700 p; 5: V = 0,24; Zd,5 = 0,300700 p. |
Закономерности формообразования и деформирования экскаваторных отвалов
В результате анализа данных об изменении геометрических параметрах физических моделей отвалов в процессе их формирования из смесей, эквивалентных по составу и свойствам песчано-глинистым отвальным породам, выявлены три стадии формообразования (рис. 5), отличающиеся по степени, интенсивности и характеру изменения геометрических параметров откосов (высоты и трех углов: o - угла откоса, измеренного от основания отвала; g - результирующего угла откоса; с - угла, измеренного в пределах прямолинейного участка линии откоса).
Диапазоны изменения параметров моделей отвалов:
m,о = 15 m,о = 14Е 15,5 m,о = 9Е 11 m,g = 7,4 m,с = 6,5Е 8,5 m,g = 8,9Е11
m,g = 6,7Е7,4 m,o = m,c
Параметры отвалов:
n,c = 37Е 38 n,c = 36Е 38 n,o= n,c = 42Е 45
n,g = 32Е 37 n,g= 38Е 44
Рис. 5. Изменение параметров и формы моделей отвалов в процессе отсыпки
в них материалов эквивалентных:
1 и 2 - суглинку тугопластичному, содержащему крупные куски глин и не
содержащему такого рода включений соответственно
( = 1,11,8 г/см3; с = 022 кПа; = 1221);
3 - супеси твердой ( = 1,21,8 г/см3; с = 025 кПа; = 2729);
I - стадия увеличения угла откоса; II - стадия поверхностных оползней;
III - стадия глубоких локальных циклических оползней;
III - стадия циклического оседания и расширения конусообразного массива;
- зона с максимальным содержанием включений;
- зона с минимальным содержанием включений;
- область кольца разброса;
- профиль отвала в начале цикла;
- профиль в середине цикла;
- профиль в конце цикла
На первой стадии быстро увеличиваются высота и контролируемые углы, порции смесей остаются на месте, а отвалы не деформируются; на второй стадии по мере увеличения высоты углы отвала изменяются несущественно, при этом порции смеси не остаются на месте, а скользят по склону. В конце этой стадии начинают формироваться глубокие трещины. На третьей стадии геометрические параметры откосов периодически достигают значений, при которых конусные отвалы начинают деформироваться. При этом высота отвала уменьшается, а линия откоса отклоняется от прямолинейного положения. В ходе дальнейшей отсыпки высота отвала увеличивается, а степень отклонения линии откоса от прямолинейного положения уменьшается. На следующей стадии отвал деформируется уже при меньшем результирующем угле откоса.
Установлено, что уменьшение сцепления в верхних слоях песчано-глинистого отвала приводит к увеличению высоты, при которой конусные отвалы начинают периодически деформироваться.
При более высоких значениях угла внутреннего трения и более низких значениях сцепления профили отвальных конусов приобретают выпуклую форму (рис. 6, а).
а)
б)
Рис. 6. Параметры моделей отвалов, сформированных из материалов эквивалентных:
а - суглинку; б - супеси
При более низких значениях угла внутреннего трения и более высоких значениях сцепления линия откоса отвального конуса на последнем этапе его формирования приобретает вогнутую форму в результате того, что на наиболее крутых участках откоса развиваются локальные оползни, захватывающие все большие площади по мере увеличения высоты отвала. Деформации такого рода на последней стадии формирования отвала приводят к периодическому изменению параметров h, o и g, а также к плавному уменьшению угла с, измеренного в пределах прямолинейного (среднего) участка линии откоса (рис. 6, б).
Наличие крупных включений в составе смеси приводит к тому, что верхний и нижний участки линии откоса в процессе отсыпки постепенно искривляются. При этом верхняя часть откоса приобретает выпуклую форму, а нижняя - вогнутую. Степень отклонения линии откоса от прямолинейного положения возрастает по мере увеличения содержания включений в исходной смеси, их среднего размера и высоты разгрузки ковша. Переход в третью стадию имеет место при содержании включений в смеси, превышающем 5 %.
Методом физического моделирования установлено (рис. 7), а методом математического моделирования и данными о причинах простоев шагающих экскаваторов подтверждено то, что сначала угол наклона базы достигает предельного при работе экскаватора значения. Затем своего критического уровня достигает ее осадка.
В результате анализа данных, полученных при равномерной подрезке по периметру откосов физических моделей песчано-глинистых конусообразных отвалов, используемых в качестве рабочих площадок драглайнов, с заданным шагом изменения угла откоса, установлено следующее.
Опасный, с точки зрения потери экскаватором устойчивости, крен Ik2 развивается в основании базы либо при потере устойчивости подрезанным откосом, либо несущей способности основанием.
По мере увеличения высоты отвала, сужается сектор, в пределах которого подрезка откоса приводит к развитию оползня. Пока размер такого сектора превышает 180, разрушение откоса не сопровождается развитием заметного крена в основании базы экскаватора, т.е. не представляет для него опасности. При высоте отвала - 15Е 18 м размер сектора оползня сокращается в 3Е 4 раза, а крен увеличивается до критического значения, т.е. возникает угроза потери экскаватором устойчивости. В связи с этим подрезка откосов песчано-глинистых отвалов высотой более 15 м, при работе на них драглайнов даже в пределах небольших секторов признана опасной (см. рис. 7).
На рис. 2 и 8 нашла отражение достаточно высокая степень сходимости между расчетными и фактическими параметрами отвалов и их моделей, подтверждающая высокую степень надежности оценок их состояния, получаемых с помощью предложенной методики.
Методика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных
систем по вероятностям отказов и степени использования
ресурсов их элементов
Разработанная методология основана на использовании методов системного анализа, теории надежности и теории рисков (рис. 9).
Рис. 9. Алгоритм анализа условий функционирования экскаваторно-отвальных систем
В ходе реализации этой методики выделены основные технические характеристики шагающих экскаваторов, влияющие на условия их эксплуатации, а именно: среднее давление на основание при работе; тип механизма передвижения, от которого зависят траектория движения базы и предельный уровень ее осадки; допустимые уклоны при работе и передвижении.
По величине среднего давления Рб, драглайны разделены на четыре класса: 1) легкие (Рб не более 0,06 МПа); 2) экскаваторы среднего класса (Рб - 0,08Е0,10 МПа); 3) тяжелые (Рб - 0,11Е0,14 МПа); 4) сверхтяжелые (Рб не менее 0,18 МПа).
По уровню допустимой осадки базы - на три подкласса: с механическим приводом (Skmin); с гидравлическим приводом и неполным отрывом базы от основания при ее перемещении (Skcp); с полным отрывом базы от основания (Skmaх).
По сочетаниям уровней количественных показателей эксплуатационной безопасности (допустимых значений осадки базы - Sk, углов наклона экскаватора при работе - Ik1 и передвижении - Ik2) драглайны разделены на пять групп: легкие (Ik1min, Ik2cp, Skmin); среднего класса (Ik1 min, Ik2maх, Skcp); последние модификации экскаваторов среднего класса (Ik1maх, Ik2maх, Skcp); тяжелые (Ik1maх, Ik2cp, Skcp) и сверхтяжелые (Ik1cp, Ik2min, Skmaх).
Допустимые осадки нормированы с учетом конструктивных особенностей механизмов передвижения драглайнов и циклического изменения положения точки приложения вертикальной нагрузки в процессе поворота экскаватора относительно центральной оси базы.
Проанализированы случаи отказов рассматриваемой геотехнической системы. Вероятными признаны следующие аварийные ситуации: 1) разрушение роликов опорного круга вследствие их перегрузки при превышении углом наклона базы допустимого при работе драглайна значения; 2) потеря экскаватором способности самостоятельно передвигаться вследствие развития недопустимой осадки в основании его базы; 3) потеря экскаватором устойчивости вследствие превышения углом наклона базы критического значения при стабильном состоянии остальных элементов рассматриваемой геотехнической системы - отвала и его основания; 4) разрушение экскаватора вследствие потери откосом устойчивости или основанием несущей способности.
С учетом объемов потерь первые две ситуации отнесены к низшему уровню опасности, последние две - к высшему.
Выделены и представлены в виде логических схем (17) и (18) два уровня безотказности системы: 1) не допускающего ни одной из возможных аварийных ситуаций; 2) не допускающего только те ситуации, при которых система реанимирована быть не может.
I > Ik1 ∨ S > Sk ∨ I > Ik2 ∨ Uk ; (17)
I > Ik2 ∨ Uk , (18)
где I и S - расчетные значения крена базы и ее осадки; Uk - качественный показатель, свидетельствующий о потере основанием несущей способность или откосом устойчивости.
На обоих уровнях вероятность отказа рассматриваемой системы в целом Р принята равной максимальной из вероятностей отказов системы в проверяемых ситуациях, т.е. P = Pmax,i . (19)
Среди способов формирования рабочих площадок для экскаваторов на отвалах выделены два способа: 1) способ формирования временного отвала, предусматривающий срезку верхней части отвального конуса до уровня, обеспечивающего размещение базы экскаватора в границах ядра отвала; 2) способ формирования подсыпки, предусматривающий отсыпку экскаватором массива с горизонтальной площадкой.
Расчетные крены и осадки баз экскаваторов предложено определять с помощью системы соотношений (20), а входящие в нее значения средней осадки , несущую способность основания и устойчивость откоса нагруженного драглайном отвала оценивать по решениям упругопластических задач, полученным МКЭ при их пространственной осесимметричной постановке, отвечающей условиям взаимодействия элементов рассматриваемой геотехнической системы.
S = + i D /2; i = is + ip; is = (S1 - S2)/ D; ; M = R Р, (20)
где D - диаметр базы экскаватора; i - максимальное значение ее крена; (S1 - S2) - максимальная разница между краевыми осадками, по результатам пенетрационных испытаний принятая равной 0,8; R - максимальный радиус разгрузки ковша; Р - допустимое усилие на конце стрелы; и Е - деформационные характеристики сжимаемой толщи;
ke и km - коэффициенты, учитывающие условия передачи нагрузки на основание.
При математическом моделировании напряженно-деформированного состояния экскаваторно-отвальных систем использовались расчетные схемы, отличающиеся по техническим характеристикам экскаватора, геометрическим параметрам отвала, числу и положению границ между квазиоднородными зонами. При этом дополнительные усилия от экскаваторов различных марок передавались на временные отвалы и подсыпки с естественными и подрезанными откосами. Квазиоднородным по плотности зонам, выделенным с учетом способов формирования рабочих площадок, присваивались средние оценки показателей механических свойств. Установленные методом математического моделирования изменения напряженно-деформированного состояния нагруженных отвалов критические высоты Н и углы откоса временных отвалов и подсыпок приведены на рис. 10.
а) б)
Рис. 10. Предельные параметры: а - временных отвалов; б - подсыпок;
1, 2, 3, 4 и 5 - зависимости, соответствующие маркам шагающих экскаваторов
ЭШ-6/45, ЭШ-10/70, ЭШ-15/90, ЭШ 20/90 и ЭШ 100/100
На предположении о нормальном распределении расчетных значений контролируемого параметра геотехнической системы, полученных при использовании кортежей входных данных, составленных из показателей физико-механических свойств пород, разыгранных с помощью генератора случайных чисел, основан предложенный порядок построения функций рисков, позволивший сократить объем расчетов до нескольких десятков вариантов. В ходе его реализации предельным значениям контролируемого параметра, полученным при использовании верхних, средних и нижних оценок показателей свойств пород в выделенных зонах, ставились в соответствие нулевой, пятидесяти- и стопроцентный уровни рисков. В случаях недостижения пятидесяти процентного уровня в расчетах использовались промежуточные оценки свойств пород. В рамках предложенного подхода высоты временных отвалов и подсыпок, удовлетворяющие условию Р < 50 %, рассматриваются как допустимые ( рис. 11).
ЭШ 20/90 и ЭШ 100/100 - PIk2 = 0
Рис. 11. Области неиспользованных ресурсов экскаваторно-отвальных геотехнических систем и функции рисков: а) - потери массивом несущей способности;
б) и в) - развития недопустимых осадок и кренов в основаниях баз драглайнов, работающих на временных отвалах - I и подсыпках - II;
1 и 2 - предельные уровни установки экскаваторов ЭШ-20/90 и ЭШ-100/100;
3, 4 и 5 - границы опасных зон при уровнях риска - 20, 40 и 50 % соответственно;
- область неиспользованного ресурса экскаватора ЭШ-20/90;
- область неиспользованного ресурса экскаватора ЭШ-100/100;
- функции рисков отказов в системе, содержащей ЭШ-20/90;
- функции рисков отказов в системе, содержащей ЭШ-100/100
Первому уровню безотказности рассматриваемой геотехнической системы в соответствии с условиями (17 и 19) отвечают обобщенные функции рисков, представленные на рис. 11 I и II, в, а второму уровню в соответствии с условиями (18 и 19) - приведенные на рис. 11 I и II, а.
На основании результатов, полученных при физическом и математическом моделировании состояния отвалов, использующихся в качестве рабочих площадок драглайнов, из первоначального перечня показателей эксплуатационной безопасности исключено значение Ik2. Это позволило разделить шагающие экскаваторы на три группы (табл. 3).
Таблица 3
Группы шагающих экскаваторов, отличающиеся по степени использования
ресурса технических характеристик при работе на песчано-глинистых отвалах
Максимальная степеньп | Средняя степеньп | Минимальная степеньп |
| Тяжелые экскаваторы и последние модификации экскаваторов среднего класса с гидравлическим приводом | Сверхтяжелые экскаваторы | егкие экскаваторы и экскаваторы среднего класса с механическим приводом |
Усовершенствованные способы управления устойчивостью отвалов
Натурные наблюдения за деформациями внутренних отвалов, результаты физического и математического моделирования распределения глинистых включений в отвальных конусах, а также установленные при их анализе закономерности, положены в основу следующих технологических решений.
Нижние ярусы внутренних отвалов на пологих площадках рекомендуется формировать из смесей с достаточно низким содержанием кусков глинистых пород (до 5 %).
Смеси с их повышенным содержанием следует перемещать во внешние отвалы или в верхние ярусы внутренних экскаваторных отвалов.
При необходимости перемещения таких смесей в нижний ярус внутреннего отвала его устойчивого состояния следует добиваться способом лочищения отвальных пород от крупных глинистых включений на стадии их перевалки, или способом удаления крупных кусков глинистых пород из их скоплений, локализованных в зоне контакта отвала с основанием, с помощью взрывов на выброс.
Рациональные параметры технологических схем, реализующих первый из предложенных способов (рис. 12), были определены с помощью аналитической модели распределения глинистых включений в экскаваторных песчано-глинистых отвалах (см. табл. 2).
Рис. 12. Схема перемещения вскрышных пород
во внутренний отвал:
1 - первичный экскаваторный отвал; 2 - бульдозерный отвал;
3 - последний из промежуточных экскаваторных отвалов;
4 и 5 - верхний и нижний ярусы внутреннего экскаваторного отвала соответственно
- отвальные породы с повышенным содержанием включений;
- скопления кусков глинистых пород;
- отвальные породы, содержащие не более 5% включений
Методом математического моделирования процесса удаления крупных глинистых включений только из колец разброса или колец разброса и периферийных зон нижних ярусов отвальных конусов определено необходимое количество перевалок, обеспечивающее снижение содержания включений в смеси, поступающей во внутренний отвал до уровня, при котором становится невозможным образование слабого слоя на контакте внутреннего отвала с основанием.
В результате анализа полученных данных установлена зависимость необходимого количества промежуточных перевалок от содержания включений в исходной смеси, их среднего размера r, высоты отвала H и высоты разгрузки ковша Hр (рис. 13).
а)
б)
в)
Рис. 13. Зависимость количества промежуточных перевалок от параметров
экскаваторно-отвальных систем при перемещении крупных глинистых включений из:
а - колец разброса отвалов высотой 10 и 35 м;
б - кольца разброса двадцатиметрового отвала при высоте разгрузки ковша 25 и 85;
в - колец разброса и периферийных зон нижних ярусов отвалов высоты 20 и 35 м
Область применения технологических схем с удалением включений только из колец разброса, обеспечивающих перемещение максимальных объемов вскрышных пород в нижние ярусы внутренних отвалов после 1Е 5 промежуточных перевалок, ограничена сравнительно невысоким содержанием включений в исходной смеси (10Е 20 %).
Область эффективного применения способа очистки песчано-глинистых отвалов от глинистых включений в процессе их переэкскавации расширяет как извлечение дополнительных объемов из периферийных зон нижних ярусов отвалов, так и использование драглайнов с максимальной высотой разгрузки ковша. Наиболее высоким потенциалом в этом отношении обладают тяжелые и сверхтяжелые экскаваторы. При их использовании отвальные породы, содержащие 25Е 50 % глинистых включений, лочищаются после 1Е 4 промежуточных перевалок.
Фрагмент массива данных в виде, удобном для решения задачи оптимизации, представлен в виде табл. 4.
Таблица 4
Комбинированная форма представления данных о необходимом количестве
перевалок и объеме вскрышных пород, перемещаемом в нижний ярус внутреннего отвала
Hр / Н, м | р, % | Средний размер включений r, м: | |||||||||||||||
0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | ||
38 | Объем перемещаемой драглайном части отвала, %: | ||||||||||||||||
25 | 60 | 75 | 87 | 100 | |||||||||||||
а | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
а | 10 | 2 | 1 | 1 | 0 | 2 | 1 | 1 | 0 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 |
а | 15 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 6 | 4 | 3 | 2 |
а | 20 | 3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 | 2 | 2 | 8 | 6 | 4 | 3 |
а | 25 | 3 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 9 | 7 | 5 | 3 |
а | 30 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 3 | 10 | 8 | 6 | 4 |
а | 35 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 6 | 4 | 4 | 3 | 11 | 8 | 6 | 5 |
а | 40 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 6 | 5 | 4 | 3 | 12 | 9 | 7 | 5 |
а | 45 | 5 | 4 | 3 | 2 | 6 | 4 | 3 | 3 | 7 | 5 | 4 | 3 | 13 | 9 | 7 | 6 |
а | 50 | 5 | 4 | 3 | 2 | 6 | 5 | 4 | 3 | 7 | 5 | 4 | 4 | 13 | 10 | 8 | 6 |
38 | Объем перемещаемой драглайном части отвала, %: | ||||||||||||||||
30 | 64 | 75 | 88 | 100 | |||||||||||||
а | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
а | 10 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 |
а | 15 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 5 | 4 | 3 | 3 |
а | 20 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 | 2 | 2 | 6 | 5 | 4 | 3 |
а | 25 | 3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 4 | 4 | 3 | 2 | 7 | 5 | 5 | 4 |
а | 30 | 3 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 3 | 8 | 7 | 6 | 5 |
а | 35 | 3 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 5 | 4 | 4 | 3 | 9 | 8 | 6 | 5 |
а | 40 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 2 | 6 | 5 | 4 | 3 | 9 | 8 | 7 | 5 |
а | 45 | 4 | 3 | 2 | 2 | 5 | 4 | 3 | 3 | 6 | 5 | 4 | 3 | 10 | 8 | 7 | 6 |
а | 50 | 4 | 3 | 3 | 2 | 5 | 4 | 3 | 3 | 7 | 5 | 4 | 4 | 11 | 8 | 7 | 6 |
38 | Объем перемещаемой драглайном части отвала, %: | ||||||||||||||||
35 | 64 | 75 | 88 | 100 | |||||||||||||
а | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
а | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 |
а | 15 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 4 | 3 | 3 | 3 |
а | 20 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 3 | 2 | 2 | 2 | 5 | 4 | 4 | 3 |
а | 25 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 6 | 5 | 5 | 4 |
а | 30 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 2 | 7 | 6 | 5 | 5 |
а | 35 | 2 | 2 | 2 | 1 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 3 | 8 | 6 | 6 | 5 |
а | 40 | 2 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 4 | 4 | 3 | 3 | 8 | 7 | 6 | 5 |
а | 45 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 | 2 | 4 | 4 | 4 | 3 | 9 | 7 | 6 | 6 |
а | 50 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 3 | 3 | 2 | 5 | 4 | 4 | 3 | 9 | 8 | 7 | 6 |
- перемещение во внутренний отвал не менее 75 % от объема вскрышных пород;
- от 75 до 50 % включительно;
- от 50 до 25 % включительно;
- менее 25 %
В качестве альтернативного способу селективной выемки и дифференцированного размещения пород с различным содержанием крупных глинистых включений, предложен способ удаления кусков глинистых пород с помощью взрывов из зон их скоплений. Суть альтернативного способа заключается в следующем
На начальном этапе разработки мощного пологого пласта, когда рост объемов вскрыши опережает рост приемной способности карьера на его отвальной стороне, из смесей с повышенным содержанием крупных глинистых включений экскаваторами формируются отвалы с перекрытием, обеспечивающим минимальную площадь скоплений кусков на их контакте с основанием. При отсыпке таких смесей на плохо фильтрующие основания вершины отвалов располагаются над траншеями, заполненными хорошо фильтрующим материалом и ориентированными по направлению падения подошвы пласта. На заключительном этапе формирования нижнего яруса внутреннего отвала с помощью взрывов на выброс породы с высоким содержанием крупных глинистых включений (породы периферийных объемов нижних ярусов отвалов) перемешиваются с породами, содержащими их в небольшом количестве (породами периферийных объемов верхних ярусов отвалов). Заряды ВВ размещаются в скважинах и производятся взрывы сразу после удаления экскаватора и оборудования для проходки скважин на безопасное расстояние. Схема расположения зарядов, обеспечивающая достаточную степень очистки зоны контакта отвала с основанием от скоплений крупных кусков глинистых пород, представлена на рис. 14.
Рис. 14. Схема размещения зарядов в основании нижнего
яруса внутреннего отвала:
1 - дно карьера; 2 и 3 - скопления кусков глинистых пород в уровне дна карьера
и выше соответственно; 4 и 5 - контуры отвалов до и после взрыва;
6 - заряды ВВ; 7 - траншеи, заполненные фильтрующим материалом
Этот способ формирования внутреннего отвала, не только повышает его устойчивость, но и обеспечивает снижение объемов земляных работ на стадии перепланировки экскаваторных отвалов за счет выполаживания их откосов при взрывах.
При изучении условий использования бестранспортной системы разработки на сложноструктурных угольных месторождениях и глубоких валунистых россыпях установлено, что по мере увеличения влажности смеси, поступающей из ковша экскаватора, углы откосов экскаваторных отвалов уменьшаются с 45 до 15.
В условиях подводного черпания порции жидких пород, пролетевшие несколько десятков метров, растекаются в момент удара о поверхность, занимая большие площади. Из пролетевших несколько метров порций в пространстве, ограниченном призмами упора, формируется откос с углом откоса до 10.
В результате сопоставления геометрических параметров отвалов и драглайнов установлено, что в лучших условиях не полностью используется ресурс последних по длине стрелы, в худших по высоте разгрузки ковша, в обоих случаях при существенном отличии угла наклона стрелы от угла откоса отвала его емкость снижается.
Повышение емкости отвалов и снижение коэффициента переэкскавации при разработке таких месторождений возможно обеспечить использованием новых моделей драглайнов с углами наклона стрел, выходящими за рамки диапазонов их изменения, а именно:
- легких экскаваторов и экскаваторов среднего класса с углом наклона стрелы, увеличенным до 38, при перемещении в отвалы рыхлых супесчаных смесей;
- экскаваторов среднего класса и более тяжелых экскаваторов с углом наклона стрелы уменьшенным до 30Е 25.
Увеличение емкости экскаваторных отвалов слабых пород, возможно при использовании следующих технологических схем, адаптированных к условиям разработки глубоких россыпей.
При разработке глубоких валунистых россыпей на свободных от отвалов участках предлагается формировать первичные отвалы из пород надводной части забоя при первой проходке экскаватора (рис. 15). При второй проходке с опережением извлекать со дна забоя жидкие породы, содержащие крупные валуны, и отсыпать их поверх полотнища из геосетки. Стягивать края полотнища с помощью бульдозера и при максимальном натяжении троса соединять с помощью специальных устройств (замков).
а) б)
2 1 4 3
6 5 4 2 3 1
Рис. 15. Схема формирования устойчивого отвала из пород подводной части забоя:
а - стадия формирования первого отвала и призмы упора;
б - стадия формирования второго отвала;
1 - ранее сформированные первичные отвалы или отвалы, сформированные из пород надводной части забоя при первой проходке экскаватора; 2 - призма упора, сформированная при второй проходке экскаватора из валунов и жидких пород, извлекаемых со дна забоя;
3 - отвал, сформированный при третьей проходке из пород подводной части забоя;
4 - слой жидких пород, образовавшийся при формировании призмы упора; 5 и 6 - надводная и подводная части забоя соответственно
Динамические нагрузки, передающиеся при этом на переувлажненные породы, будут способствовать ускоренному оттоку воды и выдавливанию мелкодисперсной компоненты смеси, обладающей повышенной подвижностью. Армированная замкнутым контуром призма упора в дальнейшем будет ограничивать подвижность жидких пород, извлекаемых со дна забоя при третьей проходке экскаватора. После заполнения ограниченного пространства вторичный отвал с пологими откосами рекомендуется формировать при минимальной высоте разгрузке ковша экскаватора.
На участках со старыми отвалами, породы из подводной и надводной части забоя следует размещать между первичным отвалом и призмой упора меньшего размера, сформированной аналогичным способом, способной обеспечить устойчивость отвала вскрышных пород.
При отсутствии или недостаточном количестве валунов на дне забоя для отсыпки мощной призмы упора рекомендуется из порций крупных обломков, доставленных с других участков, и кусков более прочной сетки формировать замкнутые объемы, а из них сектора как постоянных, так и временных призм упора.
При транспортировке на соседние участки порции крупнообломочных пород, заключенные в сетки, способны самостоятельно очищаться от глинистых пород, находящихся в пустотах между обломками.
Бульдозерные отвалы увеличенной емкости из слабых пород в стесненных условиях предлагается формировать способом, предусматривающим армирование откосов замкнутыми контурами (пат. № 2233947). Реализующая этот способ технологическая схема изображена на рис. 16.
а)
Предложенные способы армирования пород характеризуются низкой материалоемкостью, многократным использованием вспомогательных элементов и приспособлений для укладки армирующего материала.
Заключение
В результате выполненных исследований, научных обоснований, методических и технологических разработок внесен заметный вклад в решение крупной и актуальной научно-технической проблемы надежного прогнозирования напряженно-деформированного состояния и эффективного управления устойчивостью геотехнических систем, формирующихся при открытой разработке месторождений.
Основные научно-практические результаты выполненных исследований и разработок заключаются в следующем:
1. На основании анализа и обобщения опыта ведения открытых горных работ в сложных горно-геологических условиях и ранее выполненных исследований дана оценка состоянию разработки проблемы прогнозирования и обеспечения устойчивости геотехнических систем, формирующихся при открытой разработке месторождений, установлена необходимость и предложены пути повышения достоверности оценок напряженно-деформированного состояния геотехнических сооружений месторождений.
2. Разработаны методики исследований основных элементов геотехнических систем - породных массивов, подготовки данных для геомеханических расчетов и математического моделирования условий функционирования данных систем, позволяющие повысить надежность оценок их напряженно-деформированного состояния за счет использования: оптимальных схем отбора образцов; усовершенствованных методов их разграничения на квазиоднородные зоны; методик испытаний разрыхленных пород, обработки результатов и представления их в виде зависимостей, описывающих изменение характеристик прочности в пределах исследуемых массивов; решений упругопластических задач, полученных методом конечных элементов в постановке, максимально отвечающей условиям взаимодействия элементов рассматриваемых систем.
3. Разработаны, апробированы и использованы на стадии инженерно-геологических изысканий новые приборы. Создано их методическое обеспечение.
4. Выделены стадии формообразования отвальных конусов в процессе отсыпки смесей песчаных и пылевато-глинистых пород различного состава, отличающиеся по степени и характеру изменения углов откоса. Выявлены закономерности формирования и деформирования экскаваторных отвалов, отражающие цикличность изменения геометрических параметров и уменьшение углов откоса на последней стадии их формирования. Установлено, что характер искривления линии откоса на последней стадии формирования отвального конуса зависит от характера изменения в пределах его верхних слоев показателей прочности, высоты разгрузки ковша, содержания и среднего размера крупных включений в поступающей из него смеси.
5. Изучен характер развития осадок и кренов в основании баз драглайнов, работающих на свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалах. Установлен порядок достижения углами наклона баз и их краевыми осадками значений, превышающих допустимые по условиям эксплуатации шагающих экскаваторов.
6. Создана математическая модель распределения в песчано-глинистых отвальных конусах крупных глинистых включений, описывающая изменение положения, формы и числа квазиоднородных зон, а также среднего процентного содержания в них кусков по мере увеличения высоты отвала и содержания включений в исходной смеси.
7. Разработана методика оценки условий функционирования экскаваторно-отвальных систем. В результате ее реализации шагающие экскаваторы разделены на группы, отличающиеся по степени использования ресурса своих технических характеристик в условиях использования свежеотсыпанных песчано-глинистых отвалов в качестве рабочих площадок; обоснована необходимость изменения технических характеристик драглайнов при создании новых моделей, более адаптированных к условиям открытой разработки сложноструктурных угольных месторождений и глубоко залегающих россыпей.
8. Установлены причины неэффективности традиционных способов управления устойчивостью песчано-глинистых внутренних отвалов. Определены рациональные параметры технологических схем переэкскавации отвалов, позволяющие достичь необходимой степени очистки от крупных глинистых включений смесей, поступающих в нижние ярусы внутренних отвалов.
9. предложены технологические схемы, обеспечивающие устойчивость песчано-глинистых внутренних отвалов, формируемых на наклонных площадках и увеличение емкости внешних отвалов слабых пород.
10. Обоснована необходимость оценки состояния массивов крупнообломочных пород методами дискретных сред. В рамках развития этого перспективного направления разработана обобщенная модель строения неоднородного массива крупнообломочных пород и численный метод воспроизведения их структур в виде упаковок моделей обломков и систем связей между ними по параметрам распределений значений длин обломков и коэффициентов формы, числа контактов и площадей зон их соприкосновения. Разработан полевой метод определения числа контактов у обломков и измерения площадей зон их соприкосновения. При исследовании крупнообломочных отложений выявлена неоднородность распределения значений площадей контактов, послужившая основанием для классификации контактов по условиям соприкосновения обломков. Определены вероятности, соответствующие каждому из трех выделенных типов контактов.
Основные положения диссертации изложены в работах:
Монографии и учебные пособия
1. Фёдорова Е.А. Теоретические основы вероятностного метода оценки состояния контактных систем / Е.А. Фёдорова. - Чита: ЧитГУ, 2005. - 181 с.
2. Фёдорова Е.А. Статистический анализ инженерно-геологических данных: учебное пособие / Е.А. Фёдорова. - Чита: ЧитГТУ, 2003. - 93 с.
Статьи и доклады
3. Фёдорова Е.А. Напряженно-деформированное состояние нагруженных отвальных массивов / Е.А. Фёдорова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - № 10. - С. 98 - 101.
4. Фёдорова Е.А. Программный комплекс для разграничения отвальных массивов на квазиоднородные зоны / Е.А. Фёдорова, Д.А. Шайдуров // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 11. - С. 130 - 132.
5. Фёдорова Е.А. Оптимизация технологических схем отвалообразования в условиях Уртуйского месторождения флюоритов / Е.А. Фёдорова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - № 9. - С. 77 - 80.
6. Фёдорова Е.А. Методы защиты от разрушения массива, пораженного карстом при эксплуатационных взрывах / Е.А. Фёдорова // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2006. - № 5. - С. 50 - 53.
7. Фёдорова Е.А. Параметризация технологических схем селективного отвалообразования бестранспортной системы разработки / Е.А. Фёдорова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 10. - C. 239 - 248.
8. Рашкин А.В. Обоснование параметров устойчивых бортов карьера Жирекенского ГОКа / А.В. Рашкин, Е.А. Федорова, П.Б. Авдеев // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск: Забайкалье. - 2007. - № ОВ 4. - C. 111 - 118.
9. Федорова Е.А. Механический стабилометр / Е.А. Федорова// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Ц 2008. - № 4. - С. 142 -150.
10. Железняк И. И. Новые методы и техника / И.И. Железняк, А.В. Никифоров, А.В. Перминов, Е.А. Фёдорова // Инженерно-строительные изыскания в Якутской АССР. Материалы III республиканской научно-практической конференции Повышение технического уровня и качества инженерно-строительных изысканий. - Якутск, 1989. - С. 53.
11. Прегер А.Л. Оценка осадки шагающего экскаватора при работе на предотвале / А.Л. Прегер, Е.А. Фёдорова, А.М. Рыжих // Проблемы горного производства Восточной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1991. - C. 21 - 24.
12. Никифоров А.В. Устойчивость технологических элементов при разработке россыпных месторождений/ А.В. Никифоров, Е.А. Фёдорова, Ф.В. Дудинский // Проблемы горного производства Восточной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1991. - С. 71 - 77.
13. Фёдорова Е.А. Результаты исследования пещеры Хээтэй / Е.А. Фёдорова // География и экология Забайкалья. Записки Забайкальского филиала географического общества России. - Чита, 1994. - С. 52 - 54.
14. Фёдорова Е.А. Имитационно-вероятностная модель структуры курума/ Е.А. Фёдорова. - М.: ВИНИТИ № 2042-В96, 1996. - 10 с.
15. Ушаков В.В. Оценка напряженно-деформированного состояния карьерных автомобильных дорог / В.В. Ушаков, Е.А. Фёдорова // Вестник НТО строителей. Чита: ЧитГТУ, 1997. - С. 127 - 133.
16. Ушаков В.В. Выбор оптимального варианта усиления жестких дорожных одежд / В.В. Ушаков, Е.А. Фёдорова // Вестник НТО строителей. Сборник научных статей. - Чита: ЧитГТУ, 1998 . - С. 214 - 220.
17. Фёдорова Е.А. Особенности выбора отдельных элементов имитационно-вероятностной модели структуры крупнообломочного грунта на примере курума/ Е.А. Фёдорова // Вестник ЧитГТУ. - Чита: ЧитГТУ, 2000. - Вып. 16. - С. 86 - 95.
18. Рашкин А.В. Повышение безопасности драглайнов на Харанорском угольном разрезе/ А.В. Рашкин, Е.А. Федорова // Вестник МАНЭБ. - Санкт-Петербург - Чита, 2001. - № 10. - С. 112 - 117.
19. Фёдорова Е.А. Определение деформационных характеристик грунтов нарушенного строения/ Е.А. Фёдорова // Материалы XV научной конференции молодых ученых и аспирантов МГУ. - М. - Деп. в ВИНИТИ, 1989. - С. 23 - 28.
20. Фёдорова Е.А. Устойчивость осесимметричных отвалов / Е.А. Фёдорова, А.Б. Фадеев // Прогнозная оценка инженерно-геологических условий при открытой разработке месторождений Урала. - Свердловск, 1989. - С. 28.
21. Фёдорова Е.А. Методика стабилометрического определения механических свойств пучинистых грунтов/ Е.А. Фёдорова, И.И. Железняк // Докл. международного научно-технического и коммерческого семинара Защита инженерных сооружений от морозного пучения. - Якутск: Институт мерзлотоведения, 1993. - С. 23.
22. Шестернев Д.М. Криогипергенез горных пород и вычисление угла наклона борта карьера / Д.М. Шестернев, Г.Е. Ядрищенский, Е.А. Фёдорова // Материалы международного симпозиума Геокриологические проблемы строительства в восточных районах России и Северного Китая. - Якутск, 1998. - С. 216 - 218.
23. Фёдорова Е.А. Имитационно-вероятностная модель структуры крупнообломочного грунта / Е.А. Фёдорова // Материалы международной конференции Проблемы прогнозирования в современном мире. - Чита: ЧитГТУ, 1999. - С. 197 - 198.
24. Фёдорова Е.А. К вопросу оптимизации технологических схем отвалообразования на горных предприятиях / Е.А. Фёдорова // Материалы межрегиональной конференции Проблемы экологической безопасности Восточных рубежей России на рубеже тысячелетий. - Чита: ЧитГТУ, 2000. - С. 94 - 95.
25. Фёдорова Е.А. Разграничение отвальных массивов на квазиоднородные зоны / Е.А. Фёдорова // Материалы региональной конференции Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья. - Чита: ЧитГТУ, 2000. - С. 65 - 66.
26. Фёдорова Е.А. Оценка степени риска при работе шагающих экскаваторов с временных отвалов / Е.А. Федорова // Материалы международной конференции Новый век - новые открытия - Чита: Экспресс-типография ЧП Г.Г. Богданова, 2001. - C. 258 - 261.
27. Фёдорова Е.А. Программный комплекс GRUNT для разграничения техногенных массивов на квазиоднородные зоны / Е.А. Фёдорова, Е.В. Стрельникова // Материалы международной научно-технической конференции Технические науки, технологии и экономика. - Чита: ЧитГТУ, 2001. - С. 51 - 58.
28. Фёдорова Е.А. Методические аспекты инженерно-геологических изысканий на площадках отвалов Чинейского ГОКа / Е.А. Фёдорова // Материалы II международной конференции Забайкалье на пути к устойчивому развитию: экология, ресурсы, управление. - Чита: ЧитГТУ, 2001. - C. 82 - 85.
29. А.В. Рашкин. Сохранение пещеры Хээтэй в условиях разработки карьера Усть-Борзинского месторождения известняков / А.В. Рашкин, Е.А. Фёдорова // Материалы II Международной научно-практической конференции Человек-среда-вселенная. - Иркутск: ИрГТУ, 2001. - С. 76 - 77.
30. А.В. Рашкин. Оценка воздействия разработки Усть-Борзинского месторождения известняков на карстовый комплекс пещеры Хээтэй / А.В. Рашкин, Е.А. Фёдорова // Экологические проблемы и новые технологии переработки минерального сырья. Труды международного совещания. - Чита: ЧитГТУ, 2002. - С. 98 - 104.
31. Фёдорова Е.А. Численная реализация вероятностного подхода к построению случайной структуры дискретной среды и оценке ее поведения / Е.А. Фёдорова, О.А. Белицкая // Материалы III межрегиональной научно-практической конференции Технические науки, технологии и экономика. - Чита: ЧитГТУ, 2003 - С. 102 - 106.
32. Фёдорова Е.А. Программный комплекс для обработки данных по процентному содержанию крупных включений в рыхлой массе и разграничения отвальных массивов по этому признаку / Е.А. Фёдорова, С.И. Заборовская // Материалы II межрегиональной конференции Энергетика в современном мире. Чита: ЧитГТУ, 2003. - С. 63 - 65.
Изобретения и программы для ЭВМ
33. Авторское свидетельство № 1675730 (СССР). Стабилометр / Е. А. Фёдорова. - 1991. Ц Бюл. № 33.
34. Авторское свидетельство № 1759131 (СССР). Стабилометр / Е. А. Фёдорова, И. И. Железняк, М. Б. Лисюк. - 2008. - Бюл. № 19.
35. Патент № 1827138 (СССР). Стабилометр / Е.А. Фёдорова, И.И. Железняк. - 2008. - Бюл. № 19.
36. Патент № 2233947 (РФ). Способ укрепления откосов насыпей / Е.А. Фёдорова, А.В. Рашкин, А. В. Никифоров, 2004. - Бюл. № 22.
37. Фёдорова Е. А. Программный комплекс Grunt / Е.А. Фёдорова, Е.В. Стрельникова. - М.: ВНТИЦ, 2001. - № 50200200035. - 2 с.
38. Фёдорова Е. А. Программа Sortproject / Е.А. Фёдорова, О.А. Белицкая. - М.: ВНТИЦ, 2004. - № 50200400901. - 2 с.
39. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007612850 (РФ). Построение случайной структуры обломочного материала (Packing) / Е.А. Фёдорова, О.А. Белицкая. - 2007. - 70 с.
ицензия ЛР № 020525 от 02.06.97
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
Усл.печ. л. 2 Тираж 100 экз. Заказ N ЕЕ Е..
Читинский государственный университет
ул. Александро-Заводская, 30, г. Чита, 672039
РИК ЧитГУ
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле