Моделирование напряженно-деформированного состояния и оценка запаса устойчивости горных массивов на примере участка карьера "Кумтор"

Области вероятных обрушений могут возникать в зонах структурного ослабления массива, то есть  на границах контакта пород с различными прочностными свойствами и в слоях, подверженных воздействию грунтовых вод. Вследствие этого, определение запаса устойчивости зависит от многих факторов, основными из которых являются достоверность исходных данных и адекватность геомеханической модели реальным условиям. Сравнительная проверка системы моделирования напряженно-деформированного состояния и оценки устойчивости горных массивов была проведена на одном из участков карьера «Кумтор».  Авария, связанная с обрушением этого участка, сопровождалась   человеческими жертвами и принесла значительные материальные убытки. Объем обрушенной породы составил свыше 2 млн. 700 тыс.м³.

Участок обрушения на карьере «Кумтор»

Данные для моделирования были подготовлены с помощью геотехнологических служб карьера. На первом этапе по результатам предшествующих маркшейдерских съемок была восстановлена цифровая модель поверхности рельефа до момента обрушения. Размеры пространственной сетки для построения трехмерной модельной области определены исходя из компромисса между требуемым временем вычислений и степенью влияния граничных условий. При высоте борта 340м и генеральном угле наклона в 42⁰ , ширина и глубина модельной области составила 300м и 500м соответственно. Конечно-элементная модель участка обрушения, состоящая из 800000 узлов и 4500000 тетраэдальных элементов, была подготовлена с использованием программы MeshMaker. Учет геологической структуры осуществлен на основании данных разведочных скважин.

Визуализация вычисленного характера распределения напряжений внутри массива показывают, что зоны с максимальными сдвиговыми напряжениями выходят на свободную поверхность и определяют область поверхности скольжения. Именно эти напряжения и могли привести к потере устойчивости массива и последующему обрушению борта.