Прогнозная оценка напряженно-деформированного состояния дамб хвостохранилищ на базе пространственной конечно-элементной модели

Обеспечение устойчивости плотины дамб хвостохранилищ обогатительных фабрик является одной из актуальных проблем горнодобывающей промышленности. В связи с ежегодным увеличением объема жидких отходов концентраторов в хвостохранилищах их статическое и динамическое воздействие на плотину значительно возрастает, что приводит к быстрому развитию деформационных процессов в теле плотины. Рассмотрена прогнозная оценка напряженно-деформированного состояния дамб хвостохранилищ на базе пространственной конечно-элементной модели. Приведен алгоритм моделирования на базе пространственного конечного элемента и способа решения модели методом конечных элементов, что позволило априори оценить и прогнозировать устойчивость дамбы хвостохранилищ. Исследования основаны на использовании результатов маркшейдерского мониторинга устойчивости дамб хвостохранилища медной обогатительной фабрики Алмалыкского горно-металлургического комбината, наблюдений за текущими и возможными геомеханическими процессами в теле дамбы и создании модели напряженного состояния пород основания. Использован комплексный метод математического моделирования поведения объекта исследований; сопоставления теоретических результатов с результатами фактических и маркшейдерских наблюдений. Построены необходимые эпюры и графики закономерностей изменения нормальных напряжений и деформаций, на базе метода конечных элементов выполнена оценка и прогнозная оценка напряженно-деформированного состояния наиболее высокого склона хвостохранилища (64 м) с проложением 360 м как упругого твердого тела.

Ключевые слова: хвостохранилище, дамба, намывное сооружение, насыпная дамба, напряженно-деформированное состояние дамбы, гидростатическое давление, оседание, моделирование физических процессов, метод конечных элементов, объемная модель, коэффициент запаса устойчивости, маркшейдерское наблюдение.

Как процитировать:

Саййидкосимов С. С., Раимжанов Б. Р., Умаров Ф. Я., Рахимова М. Х. Прогнозная оценка напряженно-деформированного состояния дамб хвостохранилищ на базе пространственной конечно-элементной модели // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 9. – С. 38–55. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_9_0_38.

Благодарности:

Исследование выполнено в рамках плана научно-исследовательских работ Ташкентского государственного технического университета по теме: «Оценка состояния дамбы объединенного хвостохранилища Медно-обогатительной фабрики-2 по геолого-геофизическим и маркшейдерско-геодезическим наблюдениям» (№ 63-4082юр. от 22.09.2020).

Информация об авторах:

Саййидкосимов Саййиджаббар Саййидкасымович¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: SAYYIDJABBAR@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-5954-2790,
Раимджанов Бахадиржан Раимджанович² — д-р техн. наук, профессор, e-mail: afnitumisis@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0395-1181,
Умаров Фарходбек Яркулович² — д-р техн. наук, директор, e-mail: farkhodbek.umarov@yandex.ru,
Рахимова Мухлиса Хасановна¹ — докторант, e-mail: muxlisa.xasanovna@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1539-4191,
¹ Ташкентский государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан,
² Алмалыкский филиал НИТУ «МИСиС», Алмалык, Узбекистан.

 

Контактное лицо:

Рахимова М.Х., e-mail: muxlisa.xasanovna@gmail.com.

Список литературы:

1. Гальперин А. М., Кутепов Ю. И., Круподеров В. С., Киянец А. В. Гидрогеомеханический мониторинг и освоение техногенных массивов на горных предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2012. — № S1. — С. 44—57.

2. Гальперин А. М., Кутепов Ю. И., Мосейкин В. В. Гидромеханические аспекты освоения техногенных массивов на горных предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014. — № S1. — С. 18—31.

3. Бахарева Ю. Н. Трехмерная задача математической теории пластичности. Автореф. дисс. канд. физ.-мат. наук. — Самара, 2005. — 160 с.

4. Zongjie Lyu, Junrui Chai, Zengguang Xu, Yuan Qin, Jing Cao A comprehensive review on reasons for tailings dam failures based on case history // Civil Engineering. 2019, vol. 2019, article 4159306. DOI: 10.1155/2019/4159306.

5. Кобелева Н. Н. Методические особенности построения прогнозных математических моделей для изучения деформаций высоких плотин // Вестник СГУГиТ. — 2017. — Т. 22. — № 2. — С. 55—66.

6. Sattar Barati, Piltan Tabatabaie Shourijeh, Nozar Samani, Sina Asadi Stabilization of iron ore tailings with cement and bentonite: a case study on Golgohar mine // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2020, vol. 79, pp. 4151—4166. DOI: 10.1007/s10064-02001843-6/.

7. Зайцев М. П., Щекина М. В., Лаушкина В. А. Геомеханическая оценка возможности повышения вместимости хвостохранилища Михайловского ГОКа // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2007. — № 9. — С. 143—145.

8. Мелентьев В. А., Колпашников Н. П., Волнин Б. А. Намывные гидротехнические сооружения (основы расчета и проектирования). — М.: Энергия, 1973. — 247 с.

9. Яковлев В. Н. Контроль и оценка устойчивости откосов дамб хвостохранилищ по результатам маркшейдерских наблюдений. Автореф. дисс. канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2002. — 129 с.

10. Подильчук Ю. Н. Трехмерные задачи теории упругости. — Киев, 1979. — 240 с.

11. Потапова Е. В. Типология сооружений метрополитена для задач классификации геотехнических рисков // Горные науки и технологии. — 2021. — № 6. — C. 52—60. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-1-52-60.

12. Суханов Д. А. Поиски риска. Некоторые аспекты оценки риска производственных объектов в системе управления промышленной безопасностью и охраной труда // Безопасность и охрана труда. — 2016. — № 1. — C. 17—23.

13. Маковкин Г. А., Лихачева С. Ю. Применение МКЭ к решению задач механики деформируемого твердого тела. Ч. 1. — Нижний Новгород, 2012. — 73 с.

14. Мажитов А. М., Корнеев С. А., Бондарь Е. А., Шаронова А. А. Оценка напряженнодеформированного состояния массива при отработке запасов в техногенно-осложненных условиях // Актуальные проблемы горного дела. — 2017. — № 2(4). — С. 19—26.

15. Низамова А. Т. Прогнозирование сдвижения земной поверхности и массива горных пород на базе математического моделирования геомеханических процессов в условиях подземной разработки золоторудных месторождений. Автореф. дисс. … докт. философии по техн. наукам. — Ташкент: ТашГТУ, 2020. — 44 с.

16. Ухов В. С. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов. — М.: МИСИ, 1973. — 118 с.

17. Chambers D. M., Bowker L. N. Tailings dam failures 1915—2018, available at: https:// worldminetailingsfailures.org/ (accessed 12 June 2020), 2019.

18. Ghahramani N., Mitchell A., Rana N. M., Mc S.Dougall, Evans S. G., Take A. Tailingsflow runout analysis: Examining the applicability of a semiphysical area-volume relationship using a novel database // Natural hazards and Earth system sciences. Discussions. 2020, DOI: 10.5194/nhess-2020-199.

19. Sayyidkosimov S. S., Rakhimov Sh. Sh., Nizamova A. T. Energyand resource-saving technologies of developing the raw-material base of mining regions: Multi-authored monograph. Petrosani, Romania: Universitas publishing. 2021, pp. 186—214. DOI: 10.31713/m1014.

20. Рахимова М. Х. Контроль за состоянием хвостохранилищ // Science time. Материалы Международных научно-практических мероприятий Общества науки и творчества. — 2019. — № 10. — С. 66—71.

21. Рахимова М. Х., Сайидкасимов С. С., Иногамов И. И., Якубов Т. Ш. Построение зависимостей параметров предельного откоса дамб хвостохранилищ МОФ АГМК при помощи программного обеспечения // Горный вестник Узбекистана. — 2020. — № 4 (83). — С. 78—83.