Оценка влияния нагрузок и воздействий на напряженно-деформированное состояние природно-технических систем «отвал – основание»

Природно-техническая система «отвал – основание» характеризуется определенными параметрами, физико-механическими свойствами отвальной массы, сопротивлением сдвигу пород основания и находится под влиянием внешних воздействий и нагрузок, представляющих активные сдвигающие силы и препятствующие им внутренние реактивные силы. По экспериментальным данным 20 внешних отвалов, на которых произошли деформации сдвига по контакту отвала с основанием, разработана модель ПТС
«отвал – основание». Для данной модели приведен алгоритм исследований по оценке значимости влияния нагрузок и воздействий на критерий напряженно-деформируемого состояния ПТС «отвал – основание». По результатам изучения между расчетным коэффициентом устойчивости и исследуемыми показателями (физико-механические свойства отвальной массы, сопротивление сдвигу пород основания, гидростатическое давление, сейсмические воздействия от землетрясений) установлены: уравнения регрессии – обратная полиноминальная зависимость (2-го порядка) с тесной корреляционной связью ( > 0,7) расчетного коэффициента устойчивости с гидродинамическим давлением D и сейсмическими нагрузками Q; прямая линейная зависимость с тесной корреляционной связью (r ≈ 1,0) расчетного коэффициента устойчивости c внутренними реактивными силами сопротивления. Найдены приращения аргументов измеряемых показателей, при которых отклонение критерия устойчивости не превысит предельное значение.

Ананенко Е. В., Бахаева С. П. Оценка влияния нагрузок и воздействий на напряженно-деформированное состояние природно-технических систем «отвал – основание» // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 5–21. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_5.

Ананенко Елена Владимировна¹ — аспирант, e-mail: ananenko_ev@mail.ru,
Бахаева Светлана Петровна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: bsp.mdg@kuzstu.ru,
¹ Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева.

Ананенко Е.В., e-mail: ananenko_ev@mail.ru.

1. Ананенко Е. В., Бахаева С. П. Анализ риска развития деформаций и геомеханический мониторинг для природно-технических систем «отвал — основание» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 9. — С. 5—21. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_9_0_5.

2. Jiang H., Liu X., Wei H., Zhang J., Zhang S. Stability evaluation of spoil dump slopes reinforced by air-injection drainage from the perspective of reliability analysis // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2023, vol. 82, article 337. DOI: 10.1007/s10064-023-03348-4.

3. Бахаева С. П., Михайлова Т. В. Установление точности маркшейдерского контроля грунтовых дамб по отклонению коэффициента запаса устойчивости // Маркшейдерский вестник. — 2015. — № 3(106). — С. 19—22.

4. Гордеев В. А. О точности определения горизонтальных смещений при геотехническом мониторинге // Маркшейдерский вестник. — 2022. — № 1(146). — С. 13—19.

5. Gupta G., Sharma S. K., Sing G. S. P., Kishore N. Numerical modelling-based stability analysis of waste dump slope structures in open-pit mines-a review // Journal of the Institution of Engineers (India): Series D. 2021, vol. 102, pp. 589—601. DOI: 10.1007/s40033-021-00277.

6. Агафонов А. А., Поршнева Т. В. Обоснование устойчивых параметров отвалов на основе геомеханической модели проектируемых объектов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 5—20. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-5-20.

7. Chand K., Koner R. Failure zone identification and slope stability analysis of mine dump based on realistic 3D numerical modeling // Geotechnical and Geological Engineering. 2024, vol. 42, pp. 543—560. DOI: 10.1007/s10706-023-02588-1.

8. Verma H., Rudra E. S. C. K., Rai R., Pandian K. A., Manna B. Design of dump slope on weak foundation // Journal of the Institution of Engineers (India): Series D. 2023, vol. 104, pp. 107—118. DOI: 10.1007/s40033-022-00396-0.

9. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. Ю. Геомеханический мониторинг устойчивости бортов разрезов и отвалов при разработке угольных месторождений // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 69—74. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.10.

10. Bharati A. K., Ray A., Rai R., Shrivastva B. K. A stability classification system for the dragline dump slope // Mining, Metallurgy & Exploration. 2021, vol. 38, pp. 1095—1109. DOI: 10.1007/ s42461-021-00409-8.

11. Babello V. A., Lizunkin M. V. Deformation of strong overburden rocks in dams and overburden dumps during operation of transport machines // Journal of Mining Science. 2023, vol. 59, pp. 579—585. DOI: 10.1134/S1062739123040075.

12. Mohanty M., Sarka R., Das S. K. Earthquake-induced damage assessment of coal mine overburden dump slope using extended finite element method coupled with voronoi tessellation scheme / Proceedings of 17th Symposium on Earthquake Engineering, vol. 3. 2022, pp. 39—49. DOI: 10.1007/978981-99-1579-8_4.

13. Kulikov V. I., Sharafiev Z. Z. Phenomenological model for evaluation of slope stability for overburden rock dumps // Journal of Mining Science. 2023, vol. 59, no. 5, pp. 770—775. DOI: 10.1134/ S1062739123050095.

14. Жабко А. В., Волкоморова Н. В., Жабко Н. М. Расчет устойчивости отвалов на слабом наклонном контакте // Известия Уральского государственного горного университета. — 2021. — № 1(61). — С. 87—101. DOI: 10.21440/2307-2091-2021-1-87-101.

15. Rajak T. K., Yadu L. Assessment of mine overburden dump stability using numerical modelling / Geoenvironmental and Geotechnical Issues of Coal Mine Overburden and Mine Tailings. 2023, pp. 39—61. DOI: 10.1007/978-981-99-6294-5_3.

16. Tiwari A., Mandal B. B., Pathak K. Understanding runout behavior of overburden dump: insights for buffer zone design in open pit coal mines / Proceedings of the 10th Asian Mining Congress. 2023, pp. 99—109. DOI: 10.1007/978-3-031-46966-4_8.

17. Liu H., Jisen S., Tovele G. S. V., Tao C., Shuzhao C., Mawugnon B. K., Peng L. Application of photogrammetry and in-situ test technology in the stability evaluation of gangue dump slope // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2023, vol. 82. DOI: 10.1007/s10064-022-02994-4.

18. Бахаева С. П., Заворина Е. Н. Прогноз устойчивости отвала на слоистом основании с учетом влияния уплотняющей нагрузки на свойства пород // Безопасность труда в промышленности. — 2011. — № 8. — С. 38—43.

19. Kutepov Y. I., Kutepova N. A., Karasev M. A., Vasilieva A. D., Kutepov Y. Y. Hydrogeomechanical processes in development of spoil dumps and hydraulic fills / Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses — Selected Papers from the 2018 European Rock Mechanics Symposium, EUROCK 2018, Saint Petersburg, 2018, pp. 1—7.

20. Ческидов В. В., Липина А. В., Красноцветов М. А. Моделирование уровня техногенного водоносного горизонта в отвалах угольных разрезов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № S5. — С. 3—19. — DOI: 10.25018/0236_1493_2023_6_5_3.