Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. обоснование цели и задач исследований 16
1.1. Актуальность проблемы управления устойчивостью скальных тектонически напряженных массивов пород при ведении горных работ открытым способом 16
1.2 Обзор существующих методов оценки устойчивости бортов карьеров 21
1.2.1 Методы оценки устойчивости бортов карьеров в массивах сыпучих, несвязных и слабосвязных горных пород 22
1.2.2 Методы оценки устойчивости скальных откосов, основанные на анализе структурной нарушенности массива 30
1.2.3 Методы оценки устойчивости бортов карьеров, учитывающие напряженно-деформированное состояние массива пород. Прочие методы оценки устойчивости бортов карьеров в скальных породах, в том числе выполняемые зарубежными исследователями 34
1.2.4 Анализ существующих методов оценки устойчивости бортов карьеров 44
1.3 Горно-геологические, геомеханические и горнотехнические условия отработки исследуемых месторождений 48
1.3.1. Ковдорское месторождение комплексных железных руд 48
1.3.2 Хибинские апатитовые месторождения 79
1.3.3. Общие черты геомеханического состояния Ковдорского комплексного, Хибинских апатитовых месторождений 100
1.4 Обоснование цели и задач исследований 101
ГЛАВА 2. Формирование концепции геомеханического обоснования параметров бортов карьеров в скальных породах 104
2.1. Предпосылки формирования концепции геомеханического обоснования параметров бортов карьеров в скальных породах 104
2.2. Критерии отнесения породных массивов к категории скальных. Физические свойства руд и вмещающих пород 107
2.3. Представление скальных массивов как иерархично-блочных сред 111
2.4. Поле напряжений иерархично-блочных массивов скальных пород 117
2.5. Основные положения концепции геомеханического обоснования параметров бортов карьеров в скальных тектонически напряжённых породах 118
2.6. Методический подход к выполнению исследований по геомеханическому обоснованию устойчивых параметров бортов и уступов карьеров в массивах скальных тектонически напряженных пород 122
2.7. Подход к количественной оценке риска потери устойчивости карьерными уступами 125
2.8. Оценка возможных углов наклона бортов карьеров на ранних стадиях освоения месторождений полезных ископаемых 128
2.8.1. Модернизированная рейтинговая геомеханическая классификация массивов пород для обоснования конструктивных параметров карьера 129
Выводы по главе 2 138
ГЛАВА 3. Натурные исследования геомеханического состояния массива пород в районах карьерных выемок 140
3.1. Методы определения параметров действующих напряжений в породном массиве 140
3.2. Методы определения параметров нарушенной зоны в породном массиве 144
3.3. Результаты натурных исследований напряжённо-деформированного состояния массива пород в карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», карьере Центрального рудника и Ньоркпахкском карьере Восточного рудника ОАО «Апатит» 149
3.3.1. Результаты натурных исследований напряжённо-деформированного состояния массива пород в карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» 149
3.3.2. Результаты натурных исследований напряжённо-деформированного состояния массива пород в карьере Центрального рудника и Ньоркпахкском карьере Восточного рудника ОАО «Апатит» 160
3.4. Определение мощности нарушенной зоны 164
3.4.1. Определение мощности нарушенной зоны в карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» 165
3.4.2. Определение мощности нарушенной зоны в карьере Центрального рудника и Ньоркпахкском участке Восточного
рудника ОАО «Апатит» 177
Выводы по главе 3 183
ГЛАВА 4. Теоретические исследования устойчивости бортов карьеров 186
4.1. Выделение потенциально неустойчивого блока в скальном массиве 186
4.2. Граничные условия по напряжённому состоянию 191
4.3. Расчёт устойчивости карьерного откоса 192
4.4. Исследование напряжённо-деформированного состояния массива пород методом математического моделирования
4.4.1. Исследование напряжённо-деформированного состояния массива пород рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» методом математического моделирования 206
4.4.2. Исследование напряжённо-деформированного состояния массива пород Центрального рудника ОАО «Апатит» методом математического моделирования 223
4.5. Возможность динамических проявлений горного давления в карьерах 257
4.6. Развитие комплексной методики прогноза устойчивости участков борта глубокого карьера 265
Выводы по главе 4 268
ГЛАВА 5. Рекомендации по обоснованию рациональных конструкций бортов карьеров с точки зрения геомеханики 272
5.1. Разработка регламента на перепроектирование конечного контура карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» 272
5.2. Разработка регламента на перепроектирование конечного контура карьера Центрального рудника ОАО «Апатит» 288
5.3. Разработка регламента на проектирование опытно-промышленного участка карьера рудника «Олений ручей» АО «Северо-западная фосфорная компания» 304
5.4. Мониторинг состояния массива пород при постановке бортов карьеров на конечный контур 3 5.4.1. Разработка комплексной системы мониторинга объектов горного производства 308
5.4.2. Система контроля геомеханического состояния массива пород уступов карьера ОАО «Ковдорский ГОК» 315
5.4.3. Результаты применения комплексной системы мониторинга геомеханического состояния массива пород 323
5.4.4. Развитие комплексной системы мониторинга геомеханического состояния массива пород 331
Выводы по главе 5 342
Заключение 345
Литература
