Прогнозирование местоположений и параметров возможных обрушений выполняется на основе численного моделирования. По результатам моделирования прогнозируются объемы обрушений и динамика развития, выделяются зоны, требующие особого внимания при мониторинге, а также определяются характерные признаки опасных деформаций для целей мониторинга. Для примера описаны результаты анализа деформаций группы уступов на карьере Ковдорского ГОКа, также используются изображения других моделей.
Обрушение группы уступов высотой около 100 м на карьере Железный произошло 24 августа 2015 года. Причиной обрушения по итогам изучения было признано наличие протяженных разрывных трещин, падающих в направлении дна карьера.
В программе Prorock построена модель борта карьера. На изображении ниже представлена схема модели, на которой показаны размеры, геологическое строение и области с различной дискретизацией элементной сетки. Область внутри рамки разбита на наиболее мелкие элементы, между элементами внутри этой области внедрены трещинные (соединительные) элементы, то есть разрушения могут происходить только внутри этой области. Боковые границы модели закреплены роликами, то есть узлы могут двигаться только по вертикали, узлы нижней границы закреплены жестко.
Количество элементов в модели – около 42 000. Моделирование выполнено по схеме со снижением прочности во времени, что позволило изучить разрушение в результате ползучести. В модели учтены три системы трещиноватости пород, слагающих борт карьера, в виде анизотропии прочностных свойств. Механические свойства пород приняты с учетом масштабного эффекта.
На следующем изображении показан участок модели, на котором произошло обрушение, показан контур поверхности карьера до разрушения и контур поверхности скольжения. В результате моделирования произошло разрушение группы уступов, расположенной в интервале высотных отметок -20 м — +70 м, что совпадает с фактическим положением разрушения с точностью до метров. Окраска элементов зависит от действующих наибольших сдвигающих напряжений, синие элементы – наименее напряжены.
Выполненный анализ показал, что моделирование в Prorock позволяет прогнозировать участки будущих деформаций, т.к. обрушение группы уступов по данным моделирования совпало по месту с фактическим обрушением, а также объемы возможных обрушений. Участки, опасные по обрушениям, наблюдаются геомеханической службой рудника с особым вниманием. Расположение пунктов наблюдательных станций, точек установки геодезических приборов, инструментов непрерывного мониторинга выбирается исходя из прогноза опасности участков.
Посредством моделирования определяются параметры потенциальных деформаций: величины, скорости, направления предельных (критических, опасных) смещений, которые передаются геомеханической службе. Кроме того данные параметры можно рассчитать варьируя некоторыми недостаточно точно определенными характеристиками, например прочностными или направлениями трещин. Это позволяет в ходе деформационного мониторинга точно интерпретировать результаты наблюдений. Иначе говоря, когда наблюдается некоторое смещение какого-либо уступа, маркшейдер или сотрудник геомеханической службы будет понимать, опасно ли наблюдаемое смещение, приведёт ли это к обрушению большого участка борта карьера или произойдет локальное обрушение.
На рисунках ниже показан пример рассчитанных зависимостей направлений и величин предельных смещений от прочностных характеристик, следовательно, длительности разрушения, и направлений систем трещин.
