Оценка напряженно-деформированного состояния и устойчивости бортов глубокого карьера в условиях действия тектонических напряжений

Объект исследования: Горный массив Куржункульского месторождения в условиях перехода на глубокие горизонты (до отметки –290 м). Описан комплексный подход, сочетающий натурные и аналитические методы учета действия тектонических напряжений. Для определения фактического тензора напряжений использован метод скважинной разгрузки с применением гидродомкрата Гудмана и регистрацией акустической эмиссии (эффект Кайзера). Оценка устойчивости бортов выполнена путем сравнительного анализа двух подходов: метода предельного равновесия (ПО Rocscience Slide) и численного моделирования методом конечных элементов (ПК MIDAS GTS NX). Натурные измерения выявили значительную тектоническую составляющую: действующие горизонтальные напряжения в массиве превышают расчетные гравитационные значения в 2 раза. Установлено, что наиболее уязвимым участком является северо-восточный борт, где сочетание тектонических сил и техногенного воздействия приводит к развитию деформационных процессов в прибортовом массиве. Численное моделирование позволило определить зоны концентрации максимальных касательных напряжений τmax, активирующих процессы скалывания на глубоких горизонтах. Расчетами установлено, что классические методы предельного равновесия могут недооценивать риски на глубоких горизонтах. Численное моделирование подтвердило развитие деформаций на отметке –290 м, что потребует корректировки проектных решений и внедрения систем активного мониторинга в ослабленных зонах Северо-Восточного борта карьера. Результаты работы являются основой для обеспечения безопасности горных работ Куржункульского карьера при достижении проектной глубины 490 м.

Абдыкаримова Г. Б., Шамганова Л. С., Токсаров В. Н., Бердинова Н. О., Хайруллаев А. М. Оценка напряженно-деформированного состояния и устойчивости бортов глубокого карьера в условиях действия тектонических напряжений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 8. – С. 18–30. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_8_0_18.

Работа выполнена в рамках грантового финансирования Жас галым по проекту № AP22688305 «Разработка научно-методических основ для создания единой системы геомониторинга за напряженно-деформированным состоянием массива горных пород на Качарском карьере».

Абдыкаримова Гулнур Бакытбеккызы¹ — старший научный сотрудник, e-mail: abdykarimovagulnur@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-0767-7538,
Шамганова Ляззат Саевна¹ — д-р техн. наук, академик РОО НАН РК, зав. лабораторий, e-mail: l.shamganova@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5903-5118,
Токсаров Валерий Николаевич — канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, Горный институт Уральского отделения РАН, e-mail: toksarov67@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0006-105X,
Бердинова Нагима Окасовна¹ — ведущий научный сотрудник, e-mail: bno0204@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-8752-9406,
Хайруллаев Алихан Муктарулы — главный научный сотрудник, Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева (Satbayev University), Алматы, Казахстан, e-mail: alikhan.khairullayev@outlook.com, ORCID ID: 0000-0001-9521-1780,
¹ Институт горного дела им. Д.А. Кунаева, Алматы, Казахстан.

Хайруллаев А.М., e-mail: alikhan.khairullayev@outlook.com.

1. Зубков А. В., Селин К. В., Сентябов С. В. Закономерности формирования напряженного состояния массива горных пород в верхней части земной коры // Литосфера. — 2015. — № 6. — С. 116—129. 

2. Рыбин В. В., Константинов К. Н., Калюжный А. С. Возможность динамических проявлений горного давления в карьерах // Горная промышленность. — 2023. — № S1. — С. 56—60. DOI: 10.30686/1609-9192-2023-S1-56-60. 

3. Макаров А. Б., Усов А. А. Геомеханическая модель рудника. Часть 1. Создание // Горный журнал. — 2020. — № 1. — С. 42—48. DOI: 10.17580/gzh.2020.01.08. 

4. Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Буслова М. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния блочного горного массива рудных месторождений при отработке системами разработки с обрушением // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 619—627. 

5. Stacey T. R. Slope stability in high stress and hard rock conditions / Slope Stability 2007: Proceedings of the International Symposium on Rock Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering. — Perth: Australian Centre for Geomechanics. 2007, pp. 187—200. DOI: 10.36487/ACGrepo/708Stacey. 

6. Satyanarayana, Gnananandh Budi, Murmu S. Stability analysis of a deep highwall slope using numerical modelling and statistical approach—a case study // Arabian Journal of Geosciences. 2021, vol. 14, no. 3. DOI: 10.1007/s12517-021-06476-x. 

7. Sedina S. A., Altayeva A. A., Shamganova L. S., Abdykarimova G. B. Rock mass management to ensure safe deposit development based on comprehensive research within the framework of the geomechanical model development // Mining of Mineral Deposits. 2022, vol. 16, no. 2, pp. 103—109. DOI: 10.33271/mining16.02.103. 

8. Zhang B., Mu J., Zheng J., Lv Q., Deng J. A new estimation method and an anisotropy index for the deformation modulus of jointed rock masses // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2022, vol. 14, pp. 153—168. DOI: 10.1016/j.jrmge.2021.06.005. 

9. Khairullaev A. M., Berdinova N. O., Syedina S. A., Abdikarimova G. B., Altayeva A. A. 3D block modeling of geomechanical properties of ore deposits using modern GMISs // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences. 2022, vol. 6, no. 456, pp. 58—69. DOI: 10.32014/2022.2518-170Х.238. 

10. Carranza-Torres C., Hormazabal E. Computational tools for the estimation of factor of safety and location of the critical failure surface for slopes in rock masses that satisfy the Hoek–Brown failure criterion / Proceedings of the International Symposium Slope Stability–2020. Australian Centre for Geomechanics. 2020, pp. 1099—1122. DOI: 10.36487/ACGrepo/202573. 

11. Abdikarimova G., Shamganova L., Berdinova N., Lakhbayeva Zh., Sedina S. On the question of predicting deformations in the vicinity of a deep quarry in a tectonically stressed rock mass // Engineered Science. 2025, vol. 37, article 1776. DOI: 10.30919/es1776. 

12. Семенова И. Э., Амосов П. В., Кузнецов Н. Н., Некрасов В. А. Развитие подходов к расчету параметров напряженно-деформированного состояния массива пород по результатам измерений деформаций на торце скважины // Горная промышленность. — 2024. — № 5S. — С. 122—129. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-5S-122-129. 

13. Mohammed Sazid, Khaled Hussein, Khalid Abudurman Rock stress measurement methods in rock mechanics —A brief overview // World Journal of Engineering and Technology. 2023, vol. 11, pp. 252—272. DOI: 10.4236/wjet.2023.112018. 

14. Hudson J. A. (ed.). The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring: 1974—2006. ISRM, 2007. 

15. Xu B., Liu S., Wang J. An analysis of slope stability based on finite element method and distinct element method // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2148, article 012053. DOI: 10.1088/1742-6596/2148/1/012053. 

16. Salvini R., Ermini A., De Lucia V., Beltramone L. Stress–strain investigation of the rock mass based on overcoring with CSIRO HI cell test and numerical modeling: a case study from an Italian underground marble quarry // Geosciences. 2022, vol. 12, article 441. DOI: 10.3390/geosciences12120441. 

17. Hutchinson D. J. Integrating monitoring data into risk assessment and management for rock slopes / SSIM 2023: Third International Slope Stability in Mining Conference. Australian Centre for Geomechanics, Perth, 2023, pp. 55—64. DOI: 10.36487/ACGrepo/23350.04. 

18. Шамганова Л. С., Токсаров В. Н., Самоделкина Н. А., Кузьменко С. В. Использование акустического эффекта памяти для оценки напряженного состояния трещиноватых скальных пород // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 1. — С. 116—129. DOI: 10.15372/FPVGN2019060144.