автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Горно-геометрическое районирование карьерных полей по физико-техническим условиям разработки

1 0 <■ 'Л 199^- .

ч

Государственный хсмитат Российской Шедерации по высшему образованию Уральская государственная горно-геологическая академия

На правах рукописи

Самарин Антон Владимийович

Горно-геометрическое районирование карьерных полей по физико-техническим условиям разработки

• Специальность 0S.i5.01 - Маркшейдерия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук •

Екатеринбург. - 1994

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Гордеев В.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зотеев В.Г".

кандидат технических наук Пукичев В.Г.

Ведущее предприятие: АО Ураласбест "

Защита диссертации состоится " " И юн 51 -994 г.

1 I ос

е часов на заседании диссертационного совета К.063.03.03 в Уральской государственной горно-геологической академии по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной горно-геологической академии.

Автореферат разослан " 2.3 " МА9 1934 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОЕшАЯ Х4РАКТЕРЯСТ ЯКА РАБОТЫ

Актуальность' работы. Для современного этапа развития горнодобывающей отрасли характерно вовлечение в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями, увеличение глубины и повышение интенсивности ведения горных работ. В связи с этим все большее значение приобретают проблемы обеспечения безопасности ведения 'работ, повышения эффективности горного производства и рационального использования недр.

Решение задач, связанных с управлением устойчивостью карьерных откосов, планированием и нормированием технологически* процессов, должно осуществляться на основе комплексного изучения к учета конкретных условий строительства и эксплуатации горных предприятий. Методом геометризации физико-технических условий разработки является районирование.- разделение карьерного поля на участки с одинаковыми условиями устойчивости откосов, буримости, взрываемости, экскавируемости пород, определявшими, единый подход к проектированию и организации горных работ.

В настоящее время наиболее хорошо разработаны вопросы инженерно-геологического районирования месторождений. Однако отсутствие связей показателей инженерно-геологического районирования с параметрами геомехакических и технологических процессов■ горного производства существенно ограничивает использование результатов геометризации при проектировании и эксплуатации карьеров. Разработка методов горно-геометрического районирования карьерных полей по физико-техническим условиям разработки является .актуальной научной й практической задачей.

Исследования по темедассэртационной работы проведены -автором 5 процессе выполнения хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ: *

"Районирование геомеханических свойств пород Вагановского месторождения"- ( комплексная научно-техническая программа Минвуза.

- " I " Г

РСФСР "Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы.");

"Определить устойчивость бортов карьера "Эрдэкэт" ( ШР )" ( план ГКЗС СССР );

"Прогноз физико-технических условий разработки месторолдекий открытым способом" ( комплексный план АН СССР "Горные науки, добыча тьердых полезных ископаемых").

Цель работы - повышение эффективности и безопасности открытой разработки месторождений на осноЕе горно-геометрического районирования карьерные полей по устойчивости откосов и технологическим свойствам горных -пород. ..

Идея работы заключается в установлении и использовании зависимостей параметров геомеханических и технологических процессов открытых горных работ от показателей физико-механических сеойстз пород для'прогнозной оценки условий разработки.

Методы исследований включали: анализ и научное обобщение опыта'геометризации месторождений полезных ископаемых, лабораторные исследования физико-механических свойств горных пород, геометрическое и имитационное моделирование, статистические методы дисперсионного и регрессионного анализов случайных полей.

Научные подох в к я я, зааяшаеше з диссертационной работе, и их новизна:

выделение однородных по физико-механическим свойствам.участ--•доз породного массива следует производить на основе критерия наименьшей значимой разности с учетом показателей пространственной изменчивости свойств, установленных по результатам дисперсионного анализа; ,

система балльной оценки устойчивости карьерных откосов должна бавироваться. на'установленных функциональных зависимостях коэффициента устойчивости от" показателей факторов, определявшие геомеханические условия разработки;

в качестве показателя районирования геомеханических условий разработки следует принимать ка стадии проектирования карьера геометрические параметры откоса, на-стадии эксплуатации - коэффициент устойчивости, определение которых производится по сумме

(сильных оценок факторов, влияющих на устойчивость откоса;

районирование карьерных полей по условиям горнотехнодоги-кских процессов (бурения, зарывания, экскавации) долгае произво-'.ихься на основе комплексных показателей,функционально связанных : физико-механическими параметрами горных пород.

Практическая ценность результатов рабо--ы состоит: в совершенствовании методики геометризации физико-мё-.ааичэских свойств горных пород; а составлении балльных шкал за-■исимости коэффициента запаса устойчивости от различных факторов, озволяюшлх производить экспресс-оценку устойчивости карьерньос ткосов; в разработке балльной методики районирования карьерных олей, обеспечивающей создание информационной базы для рееения опросов управления устойчивостью откосов; в разработке методики ■айонировакия карьерных полей по физико-технолсгическим свойствам ород, позволяющей позысигь эффективность планирования и нормиро-ания основных технологических процессов открытой разработки есторождений.

Достоверность научных положений, выводов и ре-омендаиий подтверждается: согласованностью теоретических рззра-оток с данными других исследователей; хорошей сходимостью результатов оценки устойчивости карьерных откосов по балльной сис-еме с расчетами по методикам, рекомендованным нормативным', до-ументамй; положительным опытом использования результатов райони-эвания карьерных полей по физико-технологическим свойствам гор-ых пород на производстве.

Реализация- результатов забота, гтодика геометризации физико-механических свойств горных по-эд использована при изучении инженерно-геологических условий гсторождения Зрдзнэтийн-Озоо ( Монголия ) с целью проектировали устойчивых параметров бортов и уступов карьера. Резуль-1ты районирования Центрального и. Южного, карьеров комбината ^раяасбест" по буримоати,- взрыеаемости и зкскавируеыости гор-их пород находят- применение при планировании и нормировании гхнологических процессов на предприятии. " • ..' ■ • ••

Апробация работ ы. Основные., положения и ревуль-

таты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на I Всесоюзном семинаре "Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" ( г. Фрунзе,1987 >, X Международной конференции по механике горных пород ( г. Москва, 1993 ), научно-технических конференциях Свердловского горного института 1 г. Свердловск, 1937, 1983, 1990 ), научно-техническом соЕете института "Унипромедь'Ч г. Свердловск,1988 ), технических совещаниях комбинатов "Ураласбест" (г. Асбест,1987) и "Эрдэнэт" (г. Зрдэнэт,1Э89).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на '158 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 35 таблиц, список использованной литературы иэ 107 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Районирование физико-технических условий разработки представляет собой совокупность операций, выполняемых для оценки и прогноза устойчивости откосов, буримости, взрываемости, зкека-вируемости горных пород на различных участках карьерного поля. Основными операциями (элемента1.«) районирования являются: выбор показателя (индекса) районирования; определение информативных параметров (влияющих факторов); установление связи медду информативными параметрами и индексом районирования; расчет показателя районирования-, выбор критерия районирования и составление прогнозной карта

Физико-технические условия разработки определяются взаимодействием гдвух групп факторов - природных и технологических. Важнейшими иэ природных факторов, влияющих на устойчивость карьерных откосов и технологические процессы открытых горных работ, являются, фигико-мвханические свойства пород, структурно-тектоническое строение массива, гидрогеологические и сейсмические условия.

Для уценки геомеханических и технологических условий разработки необходимо проведение исследований по установлению характе-

ра пространственной изменчивости кпсазатедей природных факторов, математическому моделированию и картированию их размещения в массиве.

Разработке теоретически ■ и методических вопросоЕ оценки изменчивости и моделирования размещения различных показателей месторождений посвящены труды П. П. Бастана, Е А. Букринского, Г. К Вилесова, а М. Гудкова, Е М. Калинченко,. А. Б. Каадана, А. М. Мар-голина, Е Ф. Мягкоеэ, М. Е Раца, П. А. Рыжова, Е К. Соболевского, Л Е Ушакова, В. С. Хохрякова, Л. И. Четверикова и др.

Особенности исходной информации с физико.-механических свойствах пород, получаемой на стадии разведки месторождения . ( ограниченность объема, нерегулярность расположения точек отбора проб, множественность значений показателя свойства а кзжцой точке опробования), затрудняют использование ряда традиционных методов исследования пространственной изменчивости. Поэтому необходима разработка специальной методики горно-геометрического анализа размещения показателей этих свойств.

Анализ исследований по вопросам оценки геомеханических условий разработки проводившихся Б. Г. Афанасьевым, А. № Гальпериным, А. М. Деминым, Е Г. Зотеевым, А. /1 Ильиным, В. А. Мироненко, Р. ПСкато-вым, М. Е. Певзнером, В. К. Поповым, И. И. Поповым, С. Я Поповым, В. Полозовым, В. Т. Сапояниковым, а И. Туринцевым,. Г. Л. Фисенко, Л. С. Опаковым и др. показал, что в настоящее время наиболее хорошо разработаны методы оценки устойчивости карьерных откосое, основанные на теории предельного равновесия. Для целей ж районирования' карьерных полей по геомехакическим условиям 'разработки пирские возможности предоставляет балльная система оценки устойчивости откосов. Сущность ее заключается в том, что кадщый фактор, оказывающий влияние на устойчивость откоса, получает определенную балльную оценку, а сумма баллов от всех факторов характеризует устойчивость откоса з конкретных условиях отработки месторождения.. Недостатками известных балльных методик оценки- устойчивости• являются: неполный учет основных факторов, влияющих на устойчивость; недостаточная обоснованность числовых значения баллов для различных .факторов; невозможность определения показателей устой-,

чивости откоса (. коэффициента запаса устойчивости) либо параметров устойчивого откоса (угла наклона, высоты).

В сеязи с __ этим разработка надежной балльной системы оценки устойчивости откосов,' основанной на теории предельного равновесия, и методики районирования геомеханических условий остаются важными задачами исследований.

Исследования по вопросам оценки горнотехнологических условий разработки - буримости, взрьшаемоети, экскавируемости горных по-| род проводились ЛИ. Бароном, Ю. И. Беляковым, О. Н, Голубинцевым, :. Б. Н. Кутузовым, Е И. Молчановым, - Е' К. Мосинцом, Б. Р. РакишеЕЫМ, В. К. Рубцовым, В. В. Ржевским, И. А. Тангаевым и др. По результатам анализа их работ установлено, что в качестве показателей районирования целесообразно использовать такие характеристики техно- логических сеойств, определение которых возможно на основе зависимостей от физико-механических свойств горных пород. Это позволит осуществлять прогнозную оценку условий разработки по результатам геологоразведочных работ.

На основании излаженного поставлены следующие задачи исследований:

разработать методику горно-геометрического анализа физике- механических свойств горных пород, учитывающую особенности исходной информации о показателях сеойств, получаемой на стадии инженерно-геологических изысканий;

разработать балльную систему оцэ.нки устойчивости карьерных откосов путем установления количественных зависимостей влияния фзкториальных признаков на показатель устойчивости;

разработать методику районирования карьерных .полей по фактору устойчивости откосов, основанную на балльной системе;

. разработать методику выполнения операций районирования при геометризации технологических свойств горных пород - буримости, взрываемости и экскавируемости.

Основными этапами горно-геометрического анализа физико-механических' свойств горных пород являются: исследование пространственной изменчивости показателей сеойств, набор математической модели и картирование их размещения'в массиве.

' ' 6 ■ . г

Исследование пространственной изменчивости показателей физико-механических свойств пород предлагается проводить путем последовательной статистической обработки результатов опробования, эключаиззй дисперсионный анализ, тренд-акаллз л разделение есао-купкости измерений признака на однородные группы.

Дисперсионный анализ позволяет выявить и оценить влияние на значения показателей свойств пространственного пело кия точек отбора проб. Основной операцией дисперсионного анализа является вычисление Факторной 5ц и остаточной дисперсий:

Ям - £п. ( X; - X )'/ К - 1 ; { 1 )

К Я( .

5\ X,- )/ И - К , " ( 2 )

где .V - общее количество образцов;'

К - количество проб;

л-л - количество образцов в ^ -ой пробе = 1 ... К );

Ху,. - значения показателя свойства (1=1... п^ ): - среднее значение показателя з ^ -ой пробе;

X - среднее значение показателя во всей соэскупнссти.

Дисперсия характеризует гкутриинтервальную изменчивость свойств пород, т. е. степень изменения ( разброса ). результатов определения этого свойства от образца к образцу внутри пробы ( интервала опробования ).' Дисперсия Ям .характеризует мегдакгер-вальнутз изменчивость свойств, т.е. степень разброса--результатов испытаний от пробы к пробе. Сравнение акутри- и межнтервальной дисперсий позволяет определить характер' изменчивости ;показателя свойства породы.

2сли полученное в результате обработки фактических данных л 1 г

отношение F » 5 м / будет меньше таоличного значения Р -критерия при степенях свободы К - 1 , Н - К и заданной доверительной вероятности, то нет оснований считать средние значения показателя в точках' опробования различными. В противном случае-имеется статистически • значимая пространственная изменчивость показателей свойств, _ для..выгеленйя закономе'рной ееставлагетвй ксю-

рой применяется тренд-анализ.

Опыт использования традиционных методов тренд-ака_-лэа ( сглаживания скользящим оператором, регрессионного анализа } для исследования изменчивости физике-механических свойств пород месторождений Эрдзнэтийн-Овоо. ( Монголия ), Айдарлы ( Казахстан > показывает, что они не всегда позволяют выявить и описать пространственную закономерность в размещении показателей свойств вследствие ее исключительной сложюсти и недостаточной платности сети опробования. Графо-аналитическим методом описания размещения физико-механических свойств пород может служить зонирование.

Зонирование - разделение пространственно упорядоченной совокупности значений показателей свойств на однородные группы, предлагается производить на основе критерия наименьшей значимой разности, с учетом показателей проетраственной изменчивости свойств, установленных по результатам дисперсионного анализа.

Для формирования однородных групп производится последовательное сравнение средних значений показателя в .пробах. При этом разность Д (а,Ь) между соседними средни).« значениями сравнивается'с наименьшей значимой разностью LSD [a,ti), которая вычисляется по формуле:

LSD (а,Ь) - S¿\J( па + / пАпь ) , Í3)

где S& - внутриинтервальная дисперсия;

ла , . пь - количество образцов 2 пробах;

- 'квантиль F.--распределения при уровне значимости Oí и К - i , N - К степенях ' свободы. .

При Д (а,Ь) LSD (а,Ь) нет оснований считать соседние

средние значения различными и их следует объединять в одну группу. Далее производится сравнение взвешенного среднего значения показателя в объединенных пробах со средним значением^ в следуг-сшей пробе. Если Д. (а, Ь) оказывается'больше LSD (a,b),. то между пробами проводится граница, 'разделяйся.однородные груйпы значений.

Таксе последовательное сравнение позволяет -разделить все

- ■ £ •

имеющиеся результаты опробования на ряд непересекающихся подмножеств и выделить в области размещения параметра однородные зоны.

По результатам аналига изменчивости показателей, выбирается математическая модель размещения свойств пород е пространстве -локально-однородное или локально-коррелированное поле. Размещение физика-механических свойств по локально-однородной модели ( статистическая однородность размещения показателей свойств в области распространения породы- одного петрографического типа ) принимается в случае, когда дисперсионным анализом не выявлена значимая пространственная изменчивость, а также в случае, когда методами тренд-анализа, не удалось удовлетворительно описать закономерность изменения показателей и при зонировании выделены однородные участки з размещения параметров. Если закономерность изменения свойств в пространстве найдена, то принимается локально- коррелированная модель размещения.

Принятие той или иной модели определяет способ графического изображения размещения, свойств. Размещение по локально-однородной . модели графически изображается в виде оконтуренных участков недр, которым соответствуют расчетные значения описываемого параметра. Изображение размещения по локально-коррелированной модели сводится к изображению закономерных изменений свойства внутри области распространения одной породы системой изолиний.

На основе картирования размещения различных • свойств пород составляются геомеханические карты и разрезы,содержащие необходимые сведения для проведения районирования карьерных полей по устойчивости откосов и технологическим свойствам горных пород.

Для целей районирования геомеханическкх условий открытой добычи полезных ископаемых автором разработана балльная система сценки устойчивости карьерных откосов.

Основой 5зллькой системы оценки устойчивости являются установленные по результатам имитационного моделирования на SSM аналитические гавиеимости изменения коэффициента устойчивости

в баллах }■ при изменении факторов, определяющих устойчивость ■ карьерных откосов. - -

Для однородных, бортов карьеров получены слегуюте зависит *•• а " • ' - ' ' -

мости от показателей физико-механических свойств пород, сдага-сшк откос, - плотности ^ , т/м3, сцепления С , т/мг, угла внутреннего трения , град. и геометрических параметров откоса -зыеоты Я , м . угла наклона С< , град.:

II 12,54 у'''7 - 2,59 , ( г = 0,83 т . ( 4 .)

ве - 0,13 С -3,5 ; с г - 0,32 .) ; ( 5 )

®¥> 1,4 • 10" V - 5,83 , ( г - 0,85 ) ; С 6 )

Б< = 535,21 / ОС. - 15,9 , ( г = 0,84 ) ; ( 7 )

Бы - 489,28 Я"0,8- 4,29 ( г = 0,78 ) ; ( 8

Балльные шкалы, составленные по'этим зависимостям, представлены в таблице.

Шкалы баллов для оценки устойчивости бортов карьеров

1 - ■ ■■ 1 У, Су . с , Бс , 1 1 1 V Бу, > ! 1------ ! Б„ , Г ! а, —•-.....1 Б„ , I

1 т/м5 1 баллы т/мг баллы ¡град. |баллы ! град. » 1 баллы 1 М баллы! |

1 ! 1,5 1 +3,7 -3,4 1 1 ! 20 -4,7 \ 25 ! +7,9 ¡100 +8,0 !

1 2.0 ! +1,3 10 п о Л. ! 25 -3.6 | 30 1 +3,3 |£С0 +2,8 |

1 2,5 1 +0,1 20 -0,9 ! 30 -2,0 I 35 1 +1Д |300 +0,8 .1

1 2,6 1 0 25 0 | 34 0 ( пп 1 1 0 1358 0 1

I 3,0 1 -0,7' 30 +0,5 | 35 +0,3 | 40 1 -1,0 ; 4С0 -0,2 !

1 3,5 1 -1,1 40 +1,8 I 40 о о ТО,^ 1 45 1 -2,7 1500 -0,3 1

I 4,0 I 1 "1,4 1 50 +3,1 1 45 1 +7,1 ! 50 1 -4,0 ! ! 500 -'1,4 I |

Балльные оценки информативных параметров приведены во взаимнооднозначное соответствие по степени злияния '.на устойчивость борта ( один балл шкалы соответствует изменению коэффициента устойчивости на 0,1 ). При значениях показателей- физико-механических свойств пород и геометрических параметров Откоса, имеющих нулевые балльные оценки, коэффициент запаса устойчивости борта.

карьера равен 1,3. Таким образом, для любого борта а заданными значениями информативных параметров балльная система позволяет определить коэффициент запаса устойчивости по формуле:

л =1,3 + 0,1 ЕВ, (9)

где 21 Б - суша балльных оценок всех влияющих .¿акторов.

С использованием балльной системы можно также определять геометрические параметры устойчивых откосов^ ( вксоту, угол наклона) при известных характеристиках породного массива и заданному коэффициенту запаса устойчивости.

Аналогичные шкалы баллов составлены для оценки устойчивости уступов на карьерах, а такте для оценки дополнительного влияния на устойчивость поверхностей ослабления, гидрогеологических условий и сейсмического воздействия массовых взрывов и землетрясений.

Средняя квадратическая погрешность оценки коэффициента запаса устойчивости по балльной системе составляет 0,15, угла наклона откоса - 0,7 град.

Районирование карьерных полей по условиям устойчивости откосов с использованием балльной системы производится следующим образом.

Б качестве показателей районирования на этапе проектирования карьера следует принимать высоту или угол наклона устойчивого откоса, на этапе эксплуатации месторождения - коэффициент запаса устойчивости.

Основой для вычисления показателей районирования на различных участках карьерного подл служат геомеханические карты и разрезы, построенные по результатам гарно-геометрического анализа размещения физико-механических свойств породного массива с нанесенными на них характеристиками факторов, влияющих на устойчивость откосов.

Значения показателей районирования на отдельных . участках карьерного поля определяются, суммированием балльных оценок злияк>-ших факторов. Например, для участка, где средневзвешенные характеристики сеойстз пород . слагающих^ борт: плотность ■ - 2,0 т/м?

сцепление з массиве' С - го т/и2, уте л. внутреннего трения Ч> -30е, высота откоса Я = 300 м, угол наклона оС - 40° - сумма сел-лоз равняется (табл. ,:

£ГВ - Бу + Бс + Б,, + Б„ +_Б0{ = т! .3-0,3-2,0+0,3-1,0 - - 1,3.

Следовательно, коэффициент запаса устойчивости борта на данном участке составляет:

л = 1,3 - 0,13 = 1,12.

По результата« расчетов показателей районирования составляется прогнозная карта, на которой зыделяотся участки кар'ьерязго поля с одинаковыми условиями устойчивости откосов.

Граничные значения показателей районирования для .выделения однородных участков с учетом погрешности 'их определения следует принимать: угла наклона откоса - через 2 град. ; коэффициента устойчивости:

п< 1,0 - участок борта не устойчив; 1.0 < п< 1,3 - зона неопределенности; 1,3 < п - участок борта устойчив.

Прогнозная карта районирования используется на стадии проектирования карьера для определения параметров устойчивых бертез и уступов, на этапе эксплуатации месторождений для выделения потенциально неустойчивых участков бортов с целью организации маркшейдерских инструментальных наблюдении за деформациями отнооог и разработки противодеформациокных мероприятий, а также для выделения устойчивых участков борта, где вогмокко осуществление мероприятий по повышению эффективности производства ( увеличение высоты или угла наклона откоса ').

Пример прогнозной карты, построенной в результате районирования Северо-Западного карьера ГОКа "Зрдзнзт" ( з проектном контуре ) по угла),! наклона бортов, представлен на рис. 1.

Важнейшими операциями при геометригации технологически:-: условий разработки ( буримоети, взрываемостя, зкскавируемости го?-

:2;

(1® Е£

о гоо 1|09 ¿00

■' ПроЗХТИЫЙ КОНТОР Карьера

1 — 1 расчетный разрез

(зГо) 'угол наклона борта, рассчитанный по. балльной методике

36° рекомендуемый угол наклона Эорта

Рис. I. ,1арта районирования карьера "Эрдэнэт" по углам наклона бортов- :

ных пород ) являются выбор показателей и критериев районирования.

ГЬ результатам проведенного анализа предложенных к настоящему времени характеристик для оценки технологических свойств пород установлено, что в качестве показателей прогнозного районирования целесообразно принимать:

по буримости -

относительный показатель трудности бурения С В. В. Ржевский ):

пб - 0,07 ( + у ) , ( 10 )

где - предел прочности породы при сжатии, Ша ; Т«А1 - предел прочности породы при сдвиге, МПа ; $ - плотность породы, т/мЛ;

по взрываемости -расчетный удельный расход ВВ ( Б. Н. Кутузов ):

- 0,13 ( 0,6 + 3,3 ёд ) ( 0,5 / ак ?ки, ( 11 )

где / - коэффициент крепости породы ;

сУо - размер естественной отдельности г массиве, и ;,

с13 - диаметр заряда, м ;

г/х - размер кондиционного куска, м ;

Кйа- переводной коэффициент дгя типа ЕВ ;

критическую скорость разрушения массива ■ 3. Р. Рзкишев ):

/кр = яУя <* + с / ^ с; , с 12 )

где О? - предел прочности породы при растяжении, МПа ; ^ - ускорение свободного падения, м/с2; С - скорость продольной волны в образце, м/с ; К - коэффициент , _учитывающий свойства. - материала заполнителей и раскрытие трещин ;.

по зкскзвируемоетл взорванных пород -удельное сопротивление копания ( КХ И. Беляков ):

К^ -0,018 Кг у , (13)

где Кх - коэффициент, учитывающий трещиноватостБ пород ; рА? - коэффициент, учитывающий тип экскаватора ; 1|р - коэффициент, учитывающий степень разрыхления пород взрывом ;

- коэффициент, учитывающий кусковатость взорванной массы ;

относительный показатель трудности экскавации ( В. В. Раевский

Пэ - 0,022 ( у* с/ер + 0,1 ГсА« ) ( 1 + 10 / Кр ) ■ , ( 14 )

где (¡ер - средний размер кусков разрушенной породы, см ; Кр . - коэффициент разрыхления.

Аргументами Функций показателей районирования являются характеристики физико-механических свойств и трещиноватости пород, что позволяет осуществлять прогноз технологических условий разработки по результатам горно-геометрического .анализа геологоразведочных данных,

Основой для расчета показателей районирования на различных участках карьерного поля служат погоризонтные планы и разрезы месторождения с нанесенными на них контурами карьера ( на- определенный этап отработки }, границами размещения зсех разновидностей пород, показателями физике-механических свойств пород, характеристиками 'трещиноватости и обводненности массива.

Выделение на прогнозной карте районирования участков с одинаковыми условиями осуществления процессов добычи следует производить путем объединения областей пространственного разнесения породных комплексов, попадакзих по рассчитанным значениям показателей районирования в одну категории, классификаций- пород по"бури-мости, взрываемости . и эксказируемости. В качестве критерия зри районировании предлагается использовать: по буримости и экскази-

руемости - категории классификаций ЦБПКГ, по взрываеыости - категории классификации МГИ / ВНИИцветмета,

На рис. 2 представлены разработанные зкалы соотнесения значений характеристик технологических свойств пород, принятых в качестве показателей районирования, с категориями этих классификаций. Значения удельной энергоемкости бурения е приведены по данным исследований И. А. Тангаева.

Прогнозные карты районирования используются для нормирования и планирования технологических процессов, трудовых и материальных, затрат, необходимого количества оборудования и ремонтной базы.

Прогнозная карта . взрызаемости горных пород "Центрального" карьера комбината "Ураласбест", построенная при проведении районирования технологических условий разработки, приведена на рис.2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертацинной работе дано коЕое решение актуальной научной задачи - горно-геометрического районирования карьерных полей по физико-техническим условиям разработки ( устойчивости откосов, буримости, взрываемости и зкскавируемости горны;-: пород ).

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана методика горно-геометрического анализа физике- механических свойств горных пород, ■ включающая установление случайной и закономерной составляющих пространственной изменчивости показателей свойств, их математическое моделирование и графическое изображение на прогнозных картах.

2. Разработана методика статистического исследования пространственной изменчивости показателей физико-механических свойств горных пород с использованием элементов дисперсионного, .регрессионного и дискриминантного .анализов.

3. Предложен метод -разделения пространственно упорядоченной совокупности значений показателя сеойств пород на однородные

. группы, основанный на критерии наименьщей значимой разности.

4. По результатам .математического моделирования на ЗЕМ

16

ПОКА^лТЕЛЛ ЕУИШЯЯ ГОРНЫХ ПОРОД ¡',!ехаклческая скорость шарошечного бурения Уш ,м/мин

1,55 2.05 г.оа 2.79 2.96 3.69 А АО 5.13 Л» 7.3Э 9.12- <0/Я 12.36

I-1-1-1--|-1-<---1-1-1-1-1

Энергоемкость шарошечного ■ бурения е .кЗтч/.м

О 5 0.7 0.9 и <.3 1.5 1.8 2.< 2.5 2.9 15 4.2. 5.0 1--1-(-'-)-1-1-1-1-1-1-1-1

Относительный показатель трудности бурения Пз

2.3 2-й 3 5 А А 53 6.5 7.0 9.А "Л 13А . 15.9 18.8 23.3 ]-1-1--1-1-1-1-1-1--1-1-"

- Категория пород по классификации ЦЕПНГ _

Тх 7 77 Им 7т" , х7 Ж, Ш, XIх

=8-+—- I --I--•■( -Т- > -— I ~ I I-1 ■ <

ПОКАЗАТЕЛИ ЗЗйВАПЮСГЛ ГОРНЫХ ПОРОД Расчетный удельный расход ВБ срР,кг/м

0.'.2 0.16 0.27 0.30 0.52 0.6в 0.08 1.10 1.37 1.68 2.03

I—-1-(-1-1-1-1-1-1-1-:—I

Критическая скооость разрушения массива ,м/с <4 < £ ЗА 5 6 >е

I---1-1-1-—I-1-1-1

Эталонный расход 33 <\э ,г/м гЮ <° 20 30 АО 50 >50

I---1-1-1-1-1---1

Категория пород по классификации МП1 / ЭЕйцветмет Т И Ж "1УТ"7Г'умУ1?|ТХХ

I—±—I-1—=—1—=—I—=—I—=—I—=—I———I—=—| ■— (

ПОКАЗАТЕЛИ ойС.КЙВИРУЫОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД' Удельное сопротивление копанию К(гм,МПа

0.01 О.Ш ОН 5 О22 0.30 0.Э7 0.А5 ,-1---1---1-1-1-1

Относительный показатель трудности экскавации П3

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 66

I--1--1--1-»-1--1

Категория пород по классификации ЦЕШТ 7 ЗЕ тп , Ж 7 Ж

I -*• _±_I-__I___I-±_I-±=-1

не. 2. Сопряженные шкалы показателей- районирования технологических свойств горных погод

Условные обозначения Категория порол по классификации мги/ЬИИИмвтибТ Категория пороа г10 классификации ^ КО НБИИНтЛ'А ндс БЕ" Удельный расход && я>чг/

ООО о О Ш • т 0,3 -

v v v V V и тг • - 0,5

д л л л л V 0,5 - 0,7

* X У* * \Л Ту 0,7 - 0,6

35. 0,8 - 0,9

+ +■ + + + V 0,9 - 1.0

ООО О О V ■1,0 - и

Рис..3. Ларта районирования участка "Центрального" карьера комбината "Ураласбест" по взрываемости горных пород

установлены аналитические зависимости коэффициента устойчивости карьерных откосов от показателей физико-механических свойств пород, элементов залегания поверхностей ослабления, гидрогеологи-. ческих и сейсмических условий разработки, геометрических параметров откоса.

5. Составлены балльные шкалы оценки влияния различных факторов на устойчивость карьерных откосов, позволяющие определять коэффициент устойчивости и геометрические параметры откосов ( высоту, угол наклона ). _ .

6. Разработана балльная методика районирования геомехачи-ческих условий разработки. В качестве показателей районирования предложены: на стадии разведки и проектирования карьеров - угол или высота устойчивого откоса; на стадии эксплуатации - коэффициент устойчивости. Расчет показателей районирования производится по балльным шкалам влияния информативных параметров.

7. Разработана методика выполнения операций районирования при гесметризапии технологических сеойств горных пород. В качестве показателей районирования приняты: по буримости - относительный показатель трудности бурения; по взрьшаемости - расчетный удельный расход ВВ и критическая скорость разрушения массива; по экскавируемости - удельное сопротивление копанию и относительный показатель трудности эксказации. Для всех показателей подобраны ■ аналитические выражения, аргументами которых являются характеристики физика-механических свойств горных пород, что позволяет производить прогноз горнотехнологических условий разработки по данным инженерно-геологических изысканий. Критериями при районировании карьерных полей по буримости и экскавируемости предлагается использовать, классификационные шкалы ЦБПНГ, по взрызаемоети -классификацию МГИ / ЗНИИцветмета. Составлены таблицы для отнесения пород к категориям классификаций по рассчитанному значению показателя районирования.

3. Разработанная методика математического .анализа изменчивости физико-механических свойств пород использована при изучении сеойств горных - пород месторождения Зрдэнэтийн-Овоо (" Монголия Ь

Результаты районирования технологических-свойств .пород 5аав-"

козекого .месторождения хризотил-асбеста внедрены в практику обеспечения горных работ на карьерах комбината "Ураласбест".

Основные научные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гордеев В. А. , Самарин А. В. Районирование карьерных полей по физико-технологическим параметрам горных пород. - Свердловск, 1988. - 60 с.

2. Гордеев В. А. , Самария А. 3. Опыт районирования карьеров по условиям физических'процессов горного производства /У Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья / Тез. докл.

I Зсессюзн. семинара. - Фрунзе, 198?. - С. 84 - 35.

3. Самарин А. В. Методика геометризации физико-механических свойств горных пород //' Проблемы повышения эффективности маркшейдерских работ на горных предприятиях. - Свердловск, 1990. - С. 5553.

4. Гордеев RA.,'Самарин A.B. Балльная система оценки устойчивости карьерных откосов // Проблемы повышения . 'эффективности маркшейдерских работ на горных предприятиях.- Екатеринбург. 1992. -С. 30 - 38.

„5. Гордеев В. А. , Самарин А. Е. Балльная оценка устойчивости карьерных откосов // X Международная конференция по механике горных пород / Тез. докл. конф. - Москва, 1S93. - С. 59.

6. Гордеев В. А. , Самарин А. В. Критерий районирования карьерного поля по устойчивости откосов // Изв. Уральского горного инта. Сер.: Горное дело, - Вып. 3..- Екатеринбург. 1992.- С. 70 - 72.