Анотація до роботи:

Ткаченко Г. І. Розроблення методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів з урахуванням неоднорідності розкривних порід і слабкої основи. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.01 – маркшейдерія. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2008.

Дисертацію присвячено розробленню методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, в основу якого покладено врахування неоднорідності розкривних порід і слабкої основи відвалу, що досягається використанням форми поверхні сковзання, складеної з частин кривих другого та першого порядку, і дозволяє зменшити похибку місцеположення найбільш слабкої поверхні сковзання і підвищити точність розрахунку коефіцієнта запасу стійкості.

Уперше використано метод імітаційного моделювання зовнішніх відвалів, за допомогою якого враховано випадковий характер розподілу фізико-механічних властивостей розкривних порід і ґрунтів слабкої основи, визначені ризики деформування ярусів відвалу.

Установлено закономірності зміни коефіцієнта запасу стійкості від геометричних параметрів зовнішніх відвалів та характеру обводненості й потужності слабкої основи для різних варіантів відсипки розкривних порід.

На основі проведених досліджень розроблено пакет прикладних програм для розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, можливості й ефективність якого підтверджена практичним упровадженням на залізорудних підприємствах Кривбасу.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій вирішена нова актуальна науково-практична задача, що полягає в розробленні методу розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, в основу якого покладено врахування неоднорідності розкривних порід і слабкої основи відвалу, що досягається використанням форми поверхні сковзання складеної з частин кривих другого та першого порядку. Вирішення цього завдання має теоретичне і практичне значення, оскільки воно дозволяє підвищити безпеку й економічну ефективність зовнішнього відвалоутворення.

Виконані в роботі дослідження, аналіз і узагальнення одержаних результатів дозволяють зробити основні наукові висновки й рекомендації.

1. Проведений аналіз гірничо-геологічних умов зовнішнього відвалоутворення кар’єрів Криворізького залізорудного басейну та відомих методів розрахунку стійкості виявив, що врахування реального складу розкривних порід та літології ґрунтів слабкої основи, неоднорідності їх фізико-механічних властивостей, зміни гідрогеологічного балансу з метою підвищення обґрунтованості й точності оцінки можливе тільки шляхом удосконалення розрахункових методів за допомогою сучасних комп’ютерних технологій та обчислювальної техніки.

2. Уперше для розрахунків коефіцієнта запасу стійкості зовнішніх багатоярусних відвалів на слабкій основі запропонована форма поверхні сковзання, яка моделюється з частин кривих другого порядку та кусково-лінійних функцій, що дозволило підвищити точність розрахунку мінімального коефіцієнта запасу стійкості на 3,8-12,2 %.

3. Уперше для дослідження стійкості відвалів і кількісної оцінки ризиків їх деформування розроблена імітаційна модель «відвал-основа», яка дозволяє моделювати різні варіанти відсипки розкривних порід, ураховувати реальну геолого-літологічну структуру та гідрогеологічні умови основи відвалу і є складовою частиною розробленої комплексної методики для розрахунку стійкості зовнішніх відвалів на слабкій основі.

4. За допомогою імітаційної моделі «відвал-основа» встановлено, що коефіцієнт запасу стійкості нелінійно залежить від ширини між’ярусних берм: при зміні ширини між’ярусної берми безпеки від 10 до 60 м K_ст знижується за експоненціальним законом. При збільшенні кута нахилу борту відвалу від 10 до 26є коефіцієнт запасу стійкості знижується за лінійним законом.

5. Уперше методом чисельного моделювання встановлено, що K_ст нелінійно знижується при заглибленні поверхні сковзання на глибину 15-20 м у слабкий шар основи відвалу. При подальшому збільшенні потужності слабкої основи й урахуванні її геолого-літологічного складу мінімальне значення K_ст змінюється в межах 1-3 %.

6. Уперше визначені ризики деформування ярусів зовнішніх відвалів на слабкій основі, що дає можливість при розрахунках коефіцієнта запасу стійкості прогнозувати зміну його значення з урахуванням неоднорідності фізико-механічних властивостей розкривних порід при різних варіантах їх відсипки. Установлено, що при потужності слабкої основи 5-10 м ризики деформування не будуть перевищувати 12-20 %, якщо відвал відсипано на всю висоту скельними породами або породами змішаної фракції; при потужності слабкої основи 10-25 м ризики деформування становлять 18,6-46 %.

7. Практичні результати роботи полягають у доведенні розробленої методики до етапу використання на залізорудних кар’єрах при визначенні стійких параметрів зовнішніх відвалів ВАТ «ІнГЗК». Використання розробленої методики розрахунків стійкості техногенних масивів дозволило збільшити ємність зовнішнього відвалу № 1 ВАТ «ІнГЗК» в існуючому контурі земельного відводу і одержати річний фактичний економічний ефект у розмірі 364,2 тис. грн.

Публікації автора:

1. Максимов А. В., Ткаченко Г. И. Разработка экспертной системы для решения некоторых задач горного производства // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2003. – № 83. – С. 33-39.

2. Максимов О. В., Ткаченко Г. І. Розрахунок ширини призми можливого зруйнування кар'єрних укосів та відвалів // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – № 6. – С. 140-142.

3. Ткаченко Г. І. Використання апарата нечіткої логіки при прогнозуванні стійкості бортів кар’єру // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2003. – № 2. – С. 42-46.

4. Несмашний Є. О., Ткаченко Г. І. Розвиток методів розрахунку стійкості бортів та відвалів залізорудних кар'єрів // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – № 3. – С. 54-58.

5. Несмашний Є. О., Романенко О. В., Ткаченко Г. І. Розробка рекомендацій щодо розвитку відвалу № 3 Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату у складних гідрогеологічних умовах // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2004. – № 5. – С. 38-41.

6. Максимов О. В., Ткаченко Г. І. Моделювання поверхонь сковзання для оцінки стану стійкості багатоярусних зовнішніх відвалів // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – № 8. – С. 7-11.

7. Несмашний Є. О., Кравець В. С., Ткаченко Г. І. Збільшення ємності зовнішніх відвалів Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – № 9. – С.7-10.

8. Максимов О. В., Ткаченко Г. І., Ковальчук Т. М. Урахування факторів ризику та невизначеності при проведенні відкритих гірничих робіт / / Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – № 7. – С. 10-15.

9. Максимов О. В., Ткаченко Г. І., Романенко О. В., Бехлер Є. Я. Розрахунок стійкості зовнішніх та внутрішніх відвалів за допомогою моделі «відвал-основа» // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2005. – № 10. – С. 64-67.

10. Несмашний Є. О., Ткаченко Г. І., Романенко О. В., Визначення надійності стійкого стану неробочих бортів та ярусів відвалу № 3 ІнГЗК напередодні його рекультивації» // Вісник Криворізького технічного університету: Зб. наук. пр. – Кривий Ріг: КТУ, 2006. – № 11. – С. 88-92.

11. Ткаченко Г. И. Прогнозирование и оценка состояния устойчивости внешних отвалов с помощью имитационного моделирования // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог: КТУ, 2007. – № 91. – С. 99-102.

12. Комп’ютерна програма для оцінки і розрахунку стійкості укосів бортів кар’єрів і ярусів відвалів «KUSTO»: Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір. Україна, МСП 03680 / В. О. Півень, Д. М. Шпирок, О. В. Романенко, Є. Я. Бехлер, Є. О. Несмашний, О. В. Максимов, Г. І. Ткаченко. – № 18720; Заявл. 03.10.06; Зареєстр. 22.11.06.

13. Ткаченко Г. И. Совершенствование методики оценки устойчивости откосов на карьерах // Матеріали другої Всеукраїнської науково-практичної конференції «Україна наукова 2002». – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. – Т. 13. – С. 33-35.

14. Ткаченко Г. И. Имитационное моделирование устойчивости бортов глубоких карьеров и отвалов // Тезисы докладов научно-технической конференции «Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна». – Кривой Рог: Минерал, 2002. – С. 4-5.

15. Ткаченко Г. И. Оценка достоверности и полноты информации для прогнозирования устойчивости бортов карьеров // Матеріали ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Динаміка наукових досліджень 2003». – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2003. – Т. 34. – С. 42-43.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані у співавторстві, полягає у наступному: [1] – ідея та розроблення концепції створення експертної системи; [4] – теоретичний аналіз проблеми та узагальнення теоретичного матеріалу; [2, 5, 7, 9] – постановка завдання, проведення розрахунків, аналіз і узагальнення результатів досліджень; [6] – постановка наукового завдання, виконання аналітичних досліджень, обробка і аналіз результатів; [8] – виконання теоретичних розробок, формулювання наукових висновків; [10] – виконання розрахунків, узагальнення результатів дослідження; [12] – розроблення методичних рекомендацій щодо впровадження у практику методики розрахунку стійкості зовнішніх відвалів, обґрунтування її ефективності та визначення області застосування.