Геомеханика открытых горных работ

МОСКОВСКИЙ 
ГОСУААРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕААIЩИОННЫЙ 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

С О В Е Т 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
~ 

Председатель 

Л.А.ПУЧКОВ 
ректор МГГУ. 

чл.-корр. РАН 

з~. председаr.пеля 

л.х.гитис 
директор 

Издательства МГГУ 

Члены редсовета 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 
акаде.мик РАЕН 

А.П. ДМИТРИЕВ 
академик РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
акаде.мик РАЕН 

В.В. КУРЕХИН 
академик РАЕН 

М.В. КУРЛЕНЯ 
акаде.мик РАН 

в.и.осипов 
акаде.мик РАН 

э.м. соколов 
акаде.мик МАНВШ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик РАН 

В.В.ХРОНИН 
профессор 

В.А. ЧАНТУРИВ 
акаде.мик РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик PAII 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ 

А.М. ГАЛЬПЕРИН 

ГЕОМЕХАНИКА 

ОТКРЬIТЬIХ 

ГОРНЫХ РАБОТ 

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника дл.я 

студентов высших учебных заведений, обучающихс.я по направлению подготовки дипломированных специалистов «Горное дело» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГОГОРНОГО 

УНИВЕРСИТЕТА 

2 
о о 3 

А.М. Galperin 
Geomechanic in surface mining. Moscow, Publishing House of 
Moscow State Mining University, 2003.-473 р. 

This book provides brief description of lhe i.nfluence of both environmental 
and 
geotechnical factors over the state of open-pit mine slopes as well as the state of struclures 
formed Ьу the mine dump materials. lt further analyses the investigations carried out to 
establish the i.nfluence of these factors over the stability of these structures including the 
hydraulically filled dump sites and the tailings dams. lt also provides lheoretical aspects of the 
geomechanical process that take place in the open-pit mine slopes and in the mine dump sites. 
The book also analyses the technological and special activities that directly i.nfluence 
over the state of these objects. ln this connection, the geomechanical control over the staЬility 
of open-pit mine slopes and the associated dump sites are further analysed. The methodology 
and the analysis given in this book will assist to understand the geomechanical influences 
during the formation as well as during the reclamation of these structures. Hence, it will 
provide necessary guidelines for the protection of environment and the industrial safety. 
This book is specifically designed for the undergraduate students in mining engineering 
specialties as well as for the postgraduate students with firm grasp of the fundamentals of 
geomechanics. 

А.М. Galperin 
Geomechanik im Tagebau. Moskau, Verlag der Moskauer 
Staatlichen Bergbauuniversitat, 2003.-473 s. 

Im Buch werden naturgeologische und technologische Faktoren behandelt, die den 
Zustand von Tagebaurand- und Kippenmassiven bestimmen. Auch werden Stбrungen der 
Standfestigkeit von TagebaurandЬбschungen, Dammkippen und Ringd!mmen von SpOlkippen 
und Rilckstandshalden analysieri. Es werden theoretische Grundlagen und lngenieurverfahren 
zur Prognostizierung geomechanischer Prozesse, eiiler Berechnung der Standfestigkeit von 

TagebaurandЬбschungen dargelegt, technologische und spezielle Ma6nahmen zur gerichteten 
Zustandslnderung des Massivs sowie Methoden und Miltel einer geomechanischen 

OЬerwachung im 
Tagebau 
beschrieben. 
Darilber 
hinaus 
werden 
ProЬieme einer 
geomechanischen BegrQndung der Technologie der Formierung und Rekultivierung von 
Dammkippen und bergtechnischen Spillanlagen unter Berilcksichtigung der industriellen und 

бkologischen Sicherheit beleuchtet. 
Das Lehrbuch ist filr Studenten der Fachrichtung Bergbautechnologie sowie filr 
lngenieure und Magister im Bereich Tagebaubetrieb bestimmt. 

MINING HIGHER EDUCATION 

А.М. GALPERIN 

GEOMECHANIC 

IN SURFACE 

MINING 

MOSCOW 

PUBLISHING HOUSE 
OF MOSCOW STATE MINING UNIVERSITY 

2 
о о 3 

HOCHAUSBILDUNG lM BERGBAU 

А.М. GALPERIN 

GEOMECHANIK 

lM TAGEBAU 

MOSKAU 
VERLAG DER MOSKAUER 
STAATLICHEN BERGBAUUNIVERSITAT 

2 
о о 3 

УДК 622.015 

ББК 33.22 

г 15 

Рецен.зеюпы: 

• 
кафедра Геодезии, маркшейдерского дела и геомеханики Московского государственного геологоразведочного универсиrета (проф., д-р техн. наук В.И. БорщКомпониец); 
• 
проф., д-р техн. наук М.Е. Певзнер (Государственный 

институт горно-химического сырья) 

Гальперин А.М. 

Г 15 
Геомеханика открытых горных работ: Учебник для 

вузов.- М.: Издательство Московского государственного 

горного универсиrета, 2003.- 473 с. 
ISBN 5-7 418-0228-1 (в пер.) 

Рассмотрены природно-геологические и технологические фwсrоры, оnределяющие состояние бортовых и отвальных массивов. Приведен анализ nроцессов нарушения устойчивосш бортов карьеров, отвальных насыnей, дамб 

гидроотвалов 11 
хвостохранилищ. ИзлоJk-ены теоретические основы nрогноза 

геомеханических nроцессов в бортовых и отвадьных массивах, инженерные методы расчета устойчивоС'ПI карьерных откосов, оnисаны технологические и сnециальные мероnриятия no наnраменному измененшо состояния массива. Освещены воnросы геомеханического обоснования технологии формирования и 

рекульnшации отвальных насыnей и намывных горно-технических сооружений 

с учетом требований обесnечения nромыuшенной и экологической безоnасНОС'ПI. Дана характерисnоса методов и средств геомеханического контроля на 

карьерах. 

Для студентов, обучающихся no наnравленшо nодготовки ДJinломнрованных сnециалистов «Горное дело». 

ISBN 5-7418-0228-1 

УДК 622.015 

ББК 33.22 

© А.М. Гальперин, 2003 
© Издательство МГГУ, 2003 

©Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2003 

АнатоJшй Моисеt:вич ГальПерlШ родился о г. Москве 25 шоля 1937 г. 

В 1959 г. закончил Московский горный институт по специальности ((Оrкрытые горные работы», после чего началась его 

практическая 
;tеятельность 
на 

Щ!-П]ювском фосфоритовом руднике, а позже в проектной 

конторс Союзшахтоосушсние». 

Тема кандидатской диссертации, котор)ю он защитил в 
1965 г.,- ((Оценка устойчивости 

карьерных отвалов в условиях нестабилизированного состояния породных масс>>. Спустя три года Анатоm1й Моисеевич становится доцентом кафедры геологии Московского горного института; в 1980 г. 

защшцает докторскую диссертацшо на тему ((Геомеханическне основы технологии формирования во времени бортов карьеров и отвальных мaccJmon». С 1983 г. А. М. Гальпер1-ш- профессор, с 1989 г. заведующий кафедрой геологш1 Московского государственного горного 

ymmepcкreтa, с 1996 г. -академик РАЕН. В 1998 г. ему присвоено зваmiе заслуженного деятеля науки Российской Федерации. 

Научная и педагогическая деятельность А.М. Гальперина связана с проблемами геологического обеспечения, геомеханики и технолопш открытых горных работ, вкmочающими в себя такие вопросы, 

как создаm1е теории и методов инженерно-геологических исследоваlШЙ при освоеmш месторождеiШй полезных ископаемых, методики 

прогнозироваmiЯ гидромеханических процессов, комплексного геологического изучения техногеиных массивов отвалов и xвocтoxpamlffilщ, разработку природоохранных технологий. За создание научных основ высокоэффективной и экологически безопасной технолопш формирования гидроотвалов на горных предп}ШЯПIЯХ в 1989 г. 

А.М. ГальперJШ был награжден Премией Совета Министров СССР. 

В 2000 г. он -лауреат конкурса ((Соросовские профессора». 

Результаты научных исследований А.М. Гальперина реаmiЗованы на многих горно-добывающих предпрJIЯтиях и объектах ПlдрОтехmiЧеского строительства. А.М. Галъперш-1ым подготовлены 20 кандидатов и пять докторов наук. А.М. Гальперин- автор более 160 

опубmiКованных трудов, в том числе 14 монографий и учебmiКов. Он 

является председателем Комиссии по горно-промъшшенной геологии 

геологоразведочного отделеЮIЯ РАЕН, членом редколлеп1й журналов ((Геоэкология» и ((Геология и разведка», Международной ассоциащш инженеров-геологов (IAEG), Международной комисени по 

высоким плотинам (ICOLD). 

7 

ВСТУПИТЕЛЬНАЯСТАТЬЯ 

КАРЬЕРНАЯ ГЕйМЕХАНИКАОСНОВАПРОМЫLUЛЕННОЙ 
И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 

В ХХ 
в. промышленно-технологическая революция 

привела к глобальному вмешательству человека в наиболее консервативную часть окружающей среды -литосферу. Геологическая деятельность человека стала 

сопоставимой с природными геологическими процессами. Это дало основание В.И. Вернадскому еще в 1925 г. 

заявить, что человек своей научной мыслью создает 

«новую геологическую силу». Подтверждением этому 

служит тот факт, что в настоящее время при строительстве и добыче полезных ископаемых человек персмещает в год более l 00 млрд т горных пород, что примерно в 4 раза больше массы материала, переносимого 

всеми реками мира. 

Несомненно, полезные ископаемые главная часть 

природного богатства недр. В России выявлены в промышленных масштабах все виды минерального сырья, 

используемого 
в мировой практике. Разработка большинства из них в ближайшей перспектине будет осуществляться открытым способом. 

Высокий удельный вес открытого способа разработки месторождений России свидетельствует о сохранении этого генерального направления развития горнодобывающих отраслей промышленности для обеспечения топливом и минеральным сырьем потребностей 

энергетики, черной и цветной металлургии, химической 

индустрии, строительства, машиностроения, вычислительной техники, коммунально-бытового и сельского 

хозяйства. При этом воздействие на окружающую ере

ду современных карьеров и тсхногешхых массивов 

приобретает региональный характер, учитывая объемы 

водопоиизительных работ, перемещаемых и вовлекаемых в деформацию породных масс, земель, нарушаемых объектами горного производства. 

Закономерное увеличение глубины и объемов открытых горных работ и, как правило, усложнение геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий разработки определяют 
качественно 

новый подход к обеспечению устойчивости бортов 

глубоких карьеров и высоких отвалов. Эффективность 

открытой разработки связана с решением таких проблем, как охрана водно-земельных ресурсов, увеличение полноты извлечения запасов полезных ископаемых 

из недр, сокращение затрат на вскрышные и отвальные 

работы, ускоренное восстановление нарушенных территорий. 

Горная геомеханика научная дисциплина, изучающая механические процессы, развивающиеся в толщах горных пород (массивах) при производстве горных 

работ. 

Геомеханика открытых горных работ рассматривает вопросы устойчивости карьерных откосов, оценки 

несущей способности естественных и искусственных 

оснований, прогноза деформаций сдвига и уплотнения бортовых и отвальных массивов, направленного 

изменения и контроля состояния массивов пород в 

бортах карьеров, а также техногеиных насыпных и намывных массивов отвалов, гидраотвалов и хвостохранилищ. 

Знание закономерностей развития геомеханических 

процессов в массивах горных пород позволяет регламентировать мероприятия по направленному изменению их состояния и, соответственно, обеспечить экономическую эффективность горных работ, а также 

промышленную и экологическую безопасность. 

9 

В учебнике дается подробная характеристика природно-геологических и горно-технических факторов, 

определяющих состояние пород в бортах карьеров и 

отвалах, рассматриваются теоретические основы прогноза развивающихся в бортовых и отвальных массивах механических процессов, приводятся теоретические 

основы и инженерные методы расчета устойчивости 

карьерных откосов, описываются технологические и 

специальные мероприятия по направленному изменению состояния массива, а также методы и средства 

геомеханического контроля на карьерах. 

Особо следует отметить включенный в книгу материал по геомеханическому обоснованию технологии 

формирования и последующего использования отвальных насыпей, гидраотвалов и хвостохранилищ. Эти 

горно-технические сооружения объекты повышенной экологической опасности, учитывая возможность 

загрязнения воздуха, подземных и поверхностных вод, 

почвенного покрова на обширных территориях. 

Разработанные в МГГУ под руководством автора 

этого учебника оригинальные решения по форсированию консолидации техногеиных отложений выполнены 

на уровне изобретений и патентов. Их использование 

на намывных объектах КМА и Кузбасса обеспечило 

ускорение водооборота, повышение вместимости отвалов, уменьшение сроков восстановления нарушенных 

территорий. 

Большой практический интерес представляют собой разработки МГГУ по гидрогеомеханическому контролю ограждающих дамб и внутренних зон гидраотвалов и хвостохранилищ, а также использование получаемых 
с 
его 
помощью данных 
при 
инженерногеологическом районировании намывных территорий. 

Автор учебника профессор, доктор технических 

наук, заведующий кафедрой геологии Московского государственного горного университета А.М. Гальперин 

является известным специалистом в области инженер