Раздел  «Машиностроение.  Металлургия»

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
Сұйықфазалы  технологияны  қолданып  жасалатын 
нанокомпозиттерден  жасалған  бұйымдарды  алу  туын-
даған  мәселенің  шешіміне  жүйелік  түрде  шешім  қа-
былдауды  және  әр  түрлі  саланың  (термодинамика, 
қатты  дене  мен  қорытпалар  физикохимиясы  және  т.б.) 
мамандарының жұмысын талап етеді. 
ӘДЕБИЕТТЕР  ТІЗІМІ
 
  Zheng, Wu, Reddy,  «In-Situ Processing of Al Alloy Composites», Advanced Engineering M aterials 5. №
.
. PP
-
 
  Амосов А.П. Развитие порошковой технологии СВС в Самаре // Вестник СамГТУ, сер. Технические науки. Самара, 2007, 
№ 
. С
-
 
  Прусов  Е.С.  Разработка  и  внедрение  комплексно-армированных  алюмоматричных  композиционных  сплавов  системы 
[Al]-Ti O2-B(C)-Ti-SiC: Автореф. дис. … к.т.н. Владимир:  ВлГТУ, 2012. 
.  Кондратенко  А.Н.,  Голубкова  Т.А.  Перспективные  технологии  получения  и  области  применения  наноструктурных 
металломатричных  композитов // Конструкции из композиционных  материалов. № 1. 2009. С
-
 
.  Семенов  Б.И.  Производство  изделий  из  металла  в  твердожидком  состоянии.  Новые  промышленные  технологии: 
учеб.пособие / Б.И. Семенов, К.М. Куштаров. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010. 223 с. 
.  Ефимов В.А., Эльдарханов А.С. Технологии современной  металлу ргии. М .: Новые технологии,  2004. 784 с. 
.  Косников  Г.А.,  Колесов  C.С.  О  возможности  расширения  номенклатуры  алюминиевых  сплавов  для  тиксоформовки  // 
Литейщик  России. 2007. №  С.  -
 
 
 
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Раздел 3 
 
Геотехнологии. Безопасность 
жизнедеятельности 
 
 
 
 
УДК 622.831 
 
Геомеханическое обеспечение устойчивости 
карьерных откосов в Республике Казахстан 
 
Р.Ф. НИЗАМЕТДИНОВ, к.т.н., ст. преподаватель,   
Н.Ф. НИЗАМЕТДИНОВ, к.т.н., ст. преподаватель, 
Д.С. ОЖИГИН, магистр, 
Карагандинский  государственный  технический  университет,  кафедра  МДиГ 
 
Ключевые  слова:  геомеханическое  обеспечение,  карьер,  устойчивость,  наблюдение,  прибор,  система, 
мониторинг. 
 
еспублика 
Казахстан 
занимает 
заметное 
положение  в  мировом  минерально-сырьевом 
балансе,  играет  ведущую  (по  ряду  –  отраслей 
стратегическую)  роль  в  Евроазиатском  регионе  и 
имеет  высокий  потенциал  дальнейшего  развития  и 
повышения  влияния  на  мировом  минерально-
сырьевом рынке. 
Доля  Казахстана  в  общемировых  разведанных 
запасах  составляет: 
1.  Топливно-энергетические  ресурсы:  нефть  –  3,2 
%  (7  место  в  мире),  газ  –  1,5%;  уголь  –  3,1%  от 
мировых  (6  место  в  мире);  уран  –  18,9%  (2  место  в 
мире). 
2.  Твердые  полезные  ископаемые:  золото  –  2,7  % 
(8  место  в  мире);  серебро  –  16  %  (2  место  в  мире); 
медь – 7,1 % (3 место в мире); свинец – 22% (1 место в 
мире);  цинк  –  15,2%  (1  место  в  мире);  никель  –  1,4 % 
(12  место  в  мире);  кобальт  –  3,9%  (5  место  в  мире); 
бокситы  –  1,4%  (10  место  в  мире);  железо  –  6%  (5 
место  в  мире);  марганец  –  30%  (2  место  в  мире); 
хромовые  руды  –  37,6%  (1 место в мире); барит – 47,2 
%  (1  место  в  мире);  фосфориты  –  4,5%  (6  место  в 
мире). 
По  добыче  и  производству  минерально-сырьевой 
продукции  Казахстан  занимает  в  мире:  по  хромитам  – 
2  место,  по  титану  –  2-3  место,  по  цинку  –  6,  по 
марганцу  – 8 место, свинцу – 6, серебру – 9, по урану 
–  5,  меди  –  10,  по  нефти, газу, углю и железу – входит 
в 20 ведущих  стран мира [1].   
В  настоящее  время  в  Казахстане  интенсивно 
ведется 
разработка 
месторождений 
полезных 
ископаемых  открытым  способом.  Основными  из  них 
являются: 
меднорудные 
– 
12 
месторождений 
(Жезказганское, 
Коунрадское, 
Николаевское, 
Актогайское,  Бозшакольское,  Акбастау,  Космурун, 
Нурказган 
и 
др.), 
полиметаллические 
– 
6 
месторождений 
(Карагайлинское, 
Коктенкольское, 
Акжальское  и  др.),  золоторудные  –  7  месторождений 
(Васильковское,  Абыз,  Варваринское,  Комаровское, 
Пустынное,  Загадка,  Бакырчик),  железорудные  –  7 
месторождений  (Сарбайское,  Соколовское,  Качарское, 
Куржункульское,  Ломоносовское,  Кентобе,  Каражал), 
угольные  бассейны  и  месторождения  –  более  10 
(Экибастузский,  Майкубенский,  Тургайский,  Тениз–
Коржанкульский  бассейны,  Шубаркольское,  Жалын, 
Каражыра, 
Борлинское, 
Куу-Чекинское 
месторождения и др.), марганцевые –   месторождений 
(Ушкатын-ІІІ,  Тур,  Богач,  Восточный  и  Западный 
камыс, Жомарт) и нерудные (Топарское известняковое, 
Алексеевское  доломитовое  и  др.).  В  целом,  в 
Р
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
Казахстане  интенсивно  ведутся  открытые  горные 
работы на более 50 крупных  месторождениях [2]. 
Масштабы 
современного 
горнодобывающего 
производства  (рисунок  1)  требуют  углубленного 
изучения  и постоянного контроля за происходящими в 
прибортовых 
массивах 
геомеханическими 
процессами,  вызванными  нарушением  равновесия  в 
земной  коре,  во  избежание  неконтролируемых 
катастрофических  проявлений  в  карьерах,  таких  как 
крупные оползни и обрушения. 
 
 
Рисунок 1 – Западный борт Соколовского  карьера 
 
Увеличение  глубины  и  объемов  открытых  горных 
работ,  усложнение  инженерно-геологических  условий 
разработки  месторождений  определяют  качественно 
новый  подход  к  обеспечению  устойчивости  бортов 
карьеров и формируемых отвалов. Комплекс вопросов 
обеспечения  устойчивости  карьерных  откосов, оценки 
несущей 
способности 
оснований, 
прогноза 
деформаций  сдвига  и  уплотнения  прибортовых  и 
отвальных  массивов,  направленного  изменения  и 
контроля  геомеханического  состояния  карьерных 
откосов  является  актуальной  научной  и  практической 
проблемой,  решение  которой  позволяет  управлять 
состоянием  прибортовых  массивов  карьеров.  Этим 
целям  наиболее  полно  соответствует  концепция 
геомеханического  мониторинга  состояния  карьерных 
откосов  [3],  которая  предусматривает  системный 
подход  к  решению  всех  составляющих  задач  и 
вопросов,  комплексный  учет  и  анализ всех природных 
и техногенных  факторов.  
Система  мониторинга  бортов  карьеров  и  отвалов 
включает  в  себя:  периодические  маркшейдерские  и 
инженерно-геологические  наблюдения  за  состоянием 
откосов;  исследования  прочностных  характеристик, 
состава 
и 
свойств 
горных 
пород; 
изучение 
структурных  особенностей  прибортовых  массивов; 
оценку  и  прогноз  геомеханических  процессов; 
определение 
параметров 
устойчивых 
откосов; 
разработку 
рекомендаций 
по 
управлению 
параметрами карьерных откосов.  
Маркшейдерская  школа  члена-корреспондента 
НАН  РК  Попова  И.И.  (научно-исследовательская 
лаборатория 
«Маркшейдерия, 
геомеханика 
и 
геометризация  недр»  кафедры  «Маркшейдерское дело 
и 
геодезия» 
Карагандинского 
государственного 
технического 
университета 
(КарГТУ) 
имеет 
многолетний 
опыт 
работы 
по 
обеспечению 
устойчивости  откосов  уступов,  бортов  и  отвалов  на 
крупнейших  карьерах  Казахстана,  который  позволил 
разработать  и  внедрить  в  практику  горного  дела 
прогрессивные  методы  по  обеспечению устойчивости 
стационарных  откосов. 
Системы 
геомеханического 
мониторинга 
состояния  устойчивости  карьерных  откосов  созданы 
специалистами  КарГТУ  на  более  30  карьерах 
Казахстана:  «Ушкатын-III»,  «Западный»,  «Жомарт», 
«Тур», 
«Восточный 
камыс», 
«Николаевский», 
«Соколовский», 
«Сарбайский», 
«Качарский», 
«Конырат»,  «Варваринский  Центральный»,  «Алпыс», 
«Абыз»,  «Космурун»,  «Акчий  Спасский»,  «Малый 
Спасский»,  «Акжалский»,  на  Чиганакских  карьерах  № 
1  и  №  2,  на  Дальнезападных  карьерах  №  1  и  №  2;  на 
угольных  разрезах  «Богатырь»,  «Молодежный»,  «Куу-
Чекинский»,  «Каражыра»,  на  Шубаркольских  разрезах 
«Центральный»  и  «Западный»;  дамбе  золоотвала 
ГРЭС (Топар) и т.д.   
Опыт 
инструментальных 
наблюдений 
за 
состоянием  прибортовых  массивов  карьеров  на  ряде 
месторождений  Казахстана  (150  наблюдательных 
станций)  позволил  разработать  и  внедрить  методику 
высокоточных 
наблюдений 
с 
использованием 
современного  электронного  оборудования  (рисунок 
 
 
 
а – пункт  наблюдения  на автоматизированной 
станции  на карьере «Васильковский» 
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
 
б – наблюдения  с помощью ГНСС   
(карьер «Варваринский») 
Рисунок 2 – Современные технологии   
высокоточных  наблюдений 
Новый  подход  к  проводимым  кафедрой  научным 
исследованиям  осуществляется  на  Васильковском 
карьере  ТОО  «Алтынтау  Кокшетау»,  где  была 
внедрена  автоматизированная  система  GEOMOS  для 
мониторинга  состояния  откосов  в  режиме  реального 
времени. По двум профильным линиям, заложенным в 
южном 
борту 
карьера 
установлено 
14 
мониторинговых  точек.  В  западном  борту  были  также 
сделаны  2  профильные  линии  с  14  мониторинговыми 
точками  (8  точек  по  линии  3,  6  точек  по  линии  4).  На 
всех 
точках 
установлены 
отражатели 
для 
автоматического  снятия  отчетов  системой  GEOMOS 
(рисунок 3).   
Для 
исследования 
состояния 
прибортовых 
массивов 
карьера 
применяются 
прогрессивные 
методы  изучения  структуры  горного  массива  с 
помощью  3D  –сканера  фирмы  «Leica  Geosystems» 
(Швейцария)  и  георадара  «Mala»  (Швеция)  (рисунок 
 
При 
решении 
вопросов 
обеспечения 
устойчивости 
карьерных 
откосов 
исходной 
информацией 
являются 
физико-механические 
характеристики  горных  пород,  которые  определяются 
в  лабораторных  и  натурных  условиях  (рисунок  6), 
методом  обратных  расчетов  оползней  и  обрушений, а 
также  косвенным методом.  
Наиболее  надежным  и  достоверным  способом 
определения 
прочностных 
характеристик 
прибортовых  и  отвальных  массивов  горных  пород 
является  метод  обратных  расчетов  оползней,  который 
учитывает  все  факторы,  повлекшие  нарушение 
устойчивого  состояния  массива. На основе известного 
графоаналитического 
способа 
разработана 
усовершенствованная  методика  расчета  показателей 
сопротивления  пород  сдвигу  по  результатам  съемок 
оползней  с  использованием  численно-аналитического 
метода, 
основанного 
на 
интегрировании 
элементарных  сил  по  поверхности  скольжения.  Как 
показали  исследования,  неучет  этих  величин  может 
привести  к  погрешности  определения  сцепления 
горных  пород до 10-
 
Для 
сложноструктурных 
месторождений 
целесообразно  проводить  комплексные  исследования 
физико-механических  свойств  пород,  включающие 
лабораторные,  натурные  испытания пород и обратные 
расчеты  оползней  с  дифференцированным  выбором 
расчетных  показателей  свойств  пород [4]. 
 
 
Рисунок 3 – График горизонтальных  и вертикальных  смещений реперов 
 
  d1
  d2
  d3
  d4
  d5
  p1
  p2
  p3
  205.5 - 1
0,0000
0,0500
0,1000
0,1500
0,2000
-0,0500
-0,1000
-0,1500
-0,2000
-0,2500
05/27/2011 12 05/28/2011 04 05/28/2011 20 05/29/2011 12 05/30/2011 04 05/30/2011 20 05/31/2011 12 06/01/2011 04 06/01/2011 20 06/02/2011 12 06/03/2011 04 06/03/2011 20 06/04/2011 12
L
o
n
g
itu
d
in
a
l 
D
is
p
la
c
e
m
e
n
t 
[m
]
Longitudinal Displacement
Longitudinal Displacement
Epoch
  d1
  d2
  d3
  d4
  d5
  p1
  p2
  p3
  205.5 - 1
0,0000
0,0500
0,1000
0,1500
0,2000
0,2500
-0,0500
-0,1000
-0,1500
-0,2000
05/27/2011 00
05/28/2011 00
05/29/2011 00
05/30/2011 00
05/31/2011 00
06/01/2011 00
06/02/2011 00
06/03/2011 00
06/04/2011 00
H
e
ig
h
t 
D
is
p
la
c
e
m
e
n
t 
[m
]
Height Displacement
Height Displacement
Epoch

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
 
а – трещины  в откосе уступа 
б – элементы залегания  трещин; 
Рисунок 4 – Определение  элементов залегания  трещин на карьере «Васильковский»  с применением технологии 
3D-сканирования 
 
Рисунок 5 – Исследование  структурных  особенностей 
уступа гор. +445м  на Чиганакском карьере № 1  
георадаром «Mala» 
 
 
а – лабораторные испытания  пород Секисовского 
карьера 
 
б – натурные испытания породной призмы  
на Чиганакском  карьере № 1 
Рисунок 6 – Лабораторные и натурные испытания 
горных  пород 
 
Породный  массив  является физически дискретной, 
неоднородной,  анизотропной  средой,  механические 
процессы 
деформирования 
которой 
носят 
нелинейный,  переменный  во  времени  характер.  Для 
создания  горно-геометрической  модели  прибортового 
массива 
предлагается 
кусочно-непрерывная 
интерполяция  полиномами  малой  степени,  что 
позволяет  при  моделировании  горно-геологических 
контуров  разработать  достаточно простой и надежный 
алгоритм,  позволяющий  по  исходной  дискретной 
модели  объекта  получить  адекватную  непрерывную 
интерполяционную  модель.  Разработанный  алгоритм 
обеспечивает  возможность  математического описания 
практически  любой  геологической ситуации, контуров 
борта  карьера,  поверхности  скольжения,  уровня 
грунтовых 
вод, 
тектонических 
нарушений, 
отраженных 
на 
геологическом 
разрезе  вкрест 
простирания борта карьера (рисунок 7).   
 

Раздел  «Геотехнологии.  Безопасность  жизнедеятельности» 

 
 
 
 
Рисунок 7 – Математическое описание геологического 
разреза борта карьера 
 
В  соответствии  с  залеганием  структурно-литоло-
гических 
элементов, 
интегральное 
уравнение 
предельного  равновесия  может  быть  представлено  в 
общем виде: 






1
2
/
/
1
1
/
/
1,
m
m
i
i
j
j
i
j
Lм
Lk
Lм Lk
n
tg
k
dl
tg
k
dl
dl













 
















 
 
где  m  – количество  литологических  разностей, 
пересекаемых поверхностью  скольжения; 

 – нормальное напряжение, действующее  на 
элементарной площадке  поверхности  скольжения; 
m  – количество  контактов  (поверхностей 
ослабления),  по которым формируется 
поверхность  скольжения; 
L
м
, L
k
 – участки поверхности  скольжения, 
проходящие  по массиву и контакту  (поверхность 
ослабления)  соответственно; 

 – касательное  напряжение, действующее  на 
элементарной площадке  поверхности  скольжения.   
Положение 
поверхности 
скольжения 
устанавливается  на  основе  решения  задачи  теории 
предельного 
равновесия 
по 
минимальному 
коэффициенту  запаса  устойчивости.  На  основе 
изложенного  алгоритма  разработан  программный 
комплекс  «Устойчивость  карьерных  откосов»,  с 
использованием  которого  решен  ряд  задач  по 
обоснованию  рациональных  параметров  карьерных  и 
отвальных 
откосов 
и 
оценке 
состояния 
их 
устойчивости 
в 
различных 
горно-геологических 
условиях  (рисунок  8),  в  том  числе и с учетом фактора 
времени,  разработаны  рекомендации  по  обеспечению 
устойчивости  прибортовых  массивов:  на  карьерах 
«Николаевский», 
«Конырат», 
«Алпыс», 
«Васильковский», 
«Варваринский 
Центральный», 
«Абыз», 
«Космурун», 
«Итауз», 
«Акжалский», 
«Качарский», 
«Ушкатын-III», 
на 
Чиганакских 
карьерах  №  1  и  №  2;  на  разрезах  «Богатырь», 
«Молодежный», 
«Куу-Чекинский», 
«Каражыра», 
«Шубаркольский»  и т.д. 
Важнейшим 
критерием 
для 
этого 
служит 
экономическая 
эффективность 
мероприятий 
по 
укреплению  массива,  определяемая  как  разность 
экономии  на  вскрыше и затрат на укрепление массива 
по  каждому  варианту.  Из ряда вариантов принимается 
оптимальный,  которому  соответствует  максимальная 
прибыль 
от 
мероприятий 
по 
укреплению 
прибортового массива. 
Проблема 
обеспечения 
устойчивости 
прибортовых  массивов  на  карьерах  может  быть 
решена  только  на  основе  комплексного  подхода, 
включающего  в  себя  решение  всех  составляющих 
задач  и  вопросов  геомеханического  мониторинга 
состояния устойчивости карьерных  откосов. 
Несмотря  на  имеющиеся  достижения  в  области 
геомеханики 
(геотехники) 
открытых 
разработок 
имеются  проблемные  вопросы,  которые  требуются 
решить в ближайшее время: 
–  повысить  качество  подготовки  специалистов  для 
геомеханических  служб горных  предприятий; 
–  разработать  нормативные  документы  по 
обеспечению устойчивости карьерных  откосов; 
– 
продолжить 
техническое 
перевооружение 
маркшейдерско-геомеханических  служб  предприятий 
современными  приборами  и  методиками  измерений 
состояния горного массива; 
–  совершенствовать  методы  расчета  устойчивости 
карьерных  откосов  применительно  к  глубоким 
карьерам с учетом фактора времени; 
–  разработать  принципиально  новые  способы 
инструментальных  оценок  состояний  прибортовых 
массивов глубоких  карьеров; 
– 
разработать 
технологии, 
максимально 
защищающие  законтурный  массив  от  техногенного 
воздействия  и  технологии  укрепления  карьерных 
откосов. 
 

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: