Устойчивость отвалов скальных пород

УДК 622.271.333.02: 624.131.53
ББК 31.2
 
П 58

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для 
взрослых» СанПиН 1.2.1253–03, утвержденным Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124–94). Санитарноэпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты 
прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.09

Рецензенты: 
Заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор М.А. Иофис;
кафедра маркшейдерского дела Российского государственного 
геологоразведочного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук, 
проф. А.Б. Макаров)

© В.Н. Попов, Б.В. Несмеянов, С.В. Попов, 2010
© Издательство МГГУ, 
 
издательство «Горная книга», 2010
© Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2010

ISBN 978-5-7418-0665-4
ISBN 978-5-98672-230-4 
УДК 622.271.333.02: 624.131.53
ББК 31.2

Попов В.Н., Несмеянов Б.В., Попов С.В.
П 58  
Устойчивость отвалов скальных пород: Учебное пособие. — М.: Издательство МГГУ, издательство «Горная книга», 
2010. — 122 с. — Ил. 25, табл. 46. 
ISBN 978-5-7418-0665-4
ISBN 978-5-98672-230-6

Изложены современные тенденции управления устойчивостью отвалов. 
Приведены горнотехнические характеристики отвалов крупнейших предприятий и результаты анализа отвалообразования на карьерах России и 
стран ближнего зарубежья. Описаны виды деформаций отвалов и факторы, 
влияющие на их устойчивость. На примере 3-х типичных предприятий по 
добыче руд цветных металлов (Сорский, Жирекенский комбинаты и СП 
«Эрдэнэт») рассмотрен комплекс вопросов по управлению устойчивостью 
отвалов, включая изучение гранулометрического состава и определение 
физико-механических свойств пород в теле отвалов и основаниях, маркшейдерские наблюдения за деформациями, определение предельной высоты устойчивых отвалов на твердом и слабом основаниях, обоснование параметров 
безопасного расположения автосамосвалов на отвалах при разгрузке, способы 
управления устойчивостью отвалов на слабых основаниях и рекомендации 
по обеспечению безопасного ведения отвальных работ.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Маркшейдерское дело» направления подготовки дипломированных 
специалистов «Горное дело». Может быть использовано студентами и аспирантами других горных специальностей, работниками учебных, научноисследовательских, проектных и производственных организаций.

9 785741 806654

ВВЕДЕНИЕ

Наблюдаемый рост объемов добычи открытым способом 
практически всех видов твердых полезных ископаемых сопровождается существенным усложнением горно-геологических 
и экономико-географических условий отработки месторождений. Снижается качество добываемого сырья, увеличиваются 
глубина разработки и объемы вскрышных работ. Применение 
мощного горно-транспортного оборудования позволяет вести 
отработку карьеров до глубины 600–700 м высокими темпами, 
сопровождающуюся одновременным увеличением объемов отвалообразования. При оптимизации технологических решений 
по отвалообразованию, существенная роль принадлежит определению параметров устойчивых отвалов, к числу которых относятся объем, высота, угол откоса, площадь и форма основания, 
ширина берм между ярусами. Выбор этих параметров зависит 
от геологического строения месторождения, типа применяемого 
технологического оборудования, направления развития горных 
работ, физико-механических свойств отсыпаемых пород, их 
гранулометрического состава, прочностных свойств и рельефа 
оснований отвалов и влияет на технико-экономические показатели работы по добыче полезных ископаемых. Вместе с тем, 
несмотря на достижения в области управления состоянием 
породных отвалов на горных предприятиях нашей страны и 
за рубежом, имеют место многочисленные деформационные 
процессы как на внешних, так и внутренних отвалах, создавая 
опасные условия ведения горных работ, на ликвидацию которых 
идут непроизводительные затраты времени и средств.
Поэтому решение вопросов обеспечения устойчивости породных отвалов имеет важное народнохозяйственное и социальное 
значение.

Глава 1

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ 
УСТОЙЧИВОСТЬЮ ОТВАЛОВ И АНАЛИЗ 
ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА КАРЬЕРАХ 
РОССИИ И СТРАН БЛИЖНЕГО 
ЗАРУБЕЖЬЯ

Возрастающая трудоемкость горно-транспортных работ, обусловленная углублением карьеров, освоением глубокозалегающих 
месторождений, постоянным усложнением горно-геологических 
и горнотехнических условий, вызывает необходимость повышения эффективности вскрытия, систем разработки, карьерного 
транспорта и отвалообразования, как важнейших составных 
частей технологии открытой разработки месторождения.
В последние десятилетия отечественные ученые и специалисты — Н.В. Мельников, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, 
М.Г. Новожилов, Б.П. Юматов, В.С. Хохряков, А.И. Арсентьев, 
Е.Ф. Шешко и многие другие внесли существенный вклад в 
теорию и практику ведения открытых горных работ.
Благодаря их достижениям, стало возможным проектирование и разработка открытым способом месторождений до 
глубин 800–1000 м [1, 2]. Сейчас в России открытым способом 
добывается 96% горной массы в цветной металлургии, почти 
99% неметаллических полезных ископаемых, более 55% агрохимического сырья и в пределах 60% угля [2–4].
В развитых горнодобывающих странах — США, Австралии, 
Канаде, около 96% железных руд добывается открытым способом [1, 2, 5].
При наблюдаемой тенденции увеличения объемов добычи 
полезных ископаемых открытым способом, все большую актуальность приобретает эффективность отвалообразования, 
предусматривающая транспортировку и укладку на части территории в пределах земельного отвода вскрышных пород и 

некондиционных полезных ископаемых. В пределах бывшего 
СССР ежегодно складировалось около 5 млрд. т вскрышных 
пород. Только на карьерах Курской магнитной аномалии объем 
вскрышных пород находится в пределах 80 млн м3 [1, 6]. На 
угольных разрезах расходы на отвалообразование составляют 
12–15% стоимости добычи 1 м3 вскрыши и на этом виде работ 
занято до 30% общего штата рабочих вскрышных участков, а 
на железорудных карьерах затраты на отвалообразование составляют до 15% себестоимости 1 т добытой руды и занято на данных 
работах 12–20% общего штата рабочих карьера [7].
Проблемы размещения и оптимизации параметров отвалов 
становятся важнейшей задачей, от успешного решения которой 
зависят не только технико-экономические показатели работы 
предприятий, но и рациональное использование, охрана недр 
и окружающей среды.
На решение назревших проблем отвалообразования направлены усилия как отечественных, так и зарубежных ученых и 
специалистов [[1, 2, 6–18].
Выбор способов и технологии отвалообразования зависит от 
схемы вскрытия и порядка отработки месторождения, комплексности использования сырья, физико-механических свойств 
складируемых пород и оснований, климата района, ценности 
занимаемых земель под отвалы, вида технологического оборудования и транспорта, условий рекультивации отвалов [2, 6].
Для открытого способа разработки месторождений академиком Н.В. Мельниковым разработана классификация отвалов 
[12], учитывающая большинство факторов, влияющих на отвалообразование, которая приведена в табл. 1.1 с добавлением 
скреперного типа отвала и в части характеристики плужных и 
экскаваторных отвалов вида транспорта, а не типа отвального 
оборудования [2].
По высоте отвалы открытых горных работ делятся на низкие 
(до 20 м), средние (20–50 м) и высокие (свыше 50 м) [19].
К отвалам, как инженерным сооружениям, разработан ряд 
технических требований, к числу которых следует отнести 
обеспечение [8]:
техники безопасности ведения отвалообразования;
•

необходимой приемной способности на минимальных 
площадях земельного отвода;
максимальной эффективности способов и технологии 
отвалообразования;
быстрейшей рекультивации отвалов и прилегающих территорий.
В настоящее время методы управления отвалами обеспечивающие безопасность ведения работ, развиваются по нескольким 
направлениям, среди которых необходимо выделить два — технологическое и геомеханическое.

•

•

•

Таблица 1.1

Классификация отвалов по Н.В. Мельникову [12] (с добавлениями)

Классификационные 
признаки
Тип отвала
Характеристика

Местоположение относительно контура 
карьера

внешний
За контуром карьера
внутренний
В отработанной части карьера

Число ярусов рабочих 
горизонтов отвала
одноярусный
Отсыпка ведется на почву
многоярусный
То же, на отсыпанный ранее 
отвал
Способ механизации 
отвальных работ
плужный
При железнодорожном транспорте
экскаваторный
То же
бульдозерный
При автомобильном и железнодорожном транспорте
конвейерный
При конвейерном транспорте
автомобильный
(разгрузка на откос)
При автомобильном транспорте
гидравлический
При гидравлическом конвейерном и колесном видах транспорта
скреперный
При применении скрепера
Число обслуживаемых вскрышных 
участков

общий
Для всего карьера
групповой
Для нескольких участков (горизонтов) карьера
отдельный
(погоризонтный)
Для отдельных горизонтов карьера
Рельеф местности 
отвального поля
Равнинный
Любой тип механизации
Нагорный
То же

В первом направлении устанавливаются параметры (высота, 
ширина, длина, угол откоса) отвалов в зависимости от размеров 
применяемого оборудования и технологии отвалообразования, 
схем отсыпки и возведения отвалов, наиболее эффективных 
технико-экономических показателей отвальных работ [6, 8, 11, 
20]. При этом в расчетах, как правило, используется только одна 
характеристика отсыпаемого массива — коэффициент остаточного разрыхления. Выбор параметров отвалов без комплексной 
оценки их устойчивости зачастую приводит к ошибочным или 
малоэффективным техническим решениям по отвалообразованию. В табл. 1.2 приведены параметры отвалообразования на 
карьерах цветной металлургии России и стран СНГ, из которой видно, что диапазон предельных высот отвалов довольно 
широкий — от 10 до 600 м, при высоте ярусов от 10 до 200 м. 
Углы откосов изменяются от 18 до 40°. Только на Вознесенском карьере откосы отдельных ярусов и отвала отсыпаются 
под углом 45°.
Такой разброс значений высот и углов откосов связан с 
разнообразием отсыпаемых в отвалы пород. Более ранними 
исследованиями установлено [21], что практически для каждого 
месторождения любого типа цветной металлургии, разрабатываемого открытым способом, характерно наличие пород разной 
прочности, изменяющейся в широком диапазоне значений. 
Наибольшее распространение имеют на месторождениях породы, прочность которых изменяется от 40 до 200 МПа и более. 
Слабые породы составляют около 3% всех типов пород и имеют 
ограниченное распространение. Сравнительно редко (около 
10%) встречаются полускальные породы, имеющие при насыщении их водой (w ≤ 12%) прочность при одноосном сжатии 
от 20 до 50 МПа [22]. Скальные породы, составляющие около 
85% всех типов пород, имеют предел прочности при одноосном 
сжатии при насыщении их водой (w ≤ 3÷5%) от 50 до 350 МПа. 
Однако прочность пород в массиве значительно ослаблена часто 
встречающимися разрывами различного происхождения. Нарушенность пород неравномерно распределяется как по площади, 
так и по глубине месторождения. Поэтому отсыпаемые отвалы 

Таблица 1.2

Горнотехническая характеристика отвалов на карьерах цветной металлургии России и стран СНГ [23]

№№
п/п
Название карьера, предприятия

Годовой объем складируемой горной 
массы, млн м3

Расстояние 
транспортирования горной 
массы, км

Способ отвалообразования, вид и тип транспортных средств

Параметры отвалов

Расстояние разгрузки 
транспортных средств от 
бровки отвала, м

Высота, м
Угол откоса, 
град

Предельная

Яруса
Отвала
Яруса

1
2
3
4
5
6
7
8
9
1.
Сибайский
5,8
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540А
90
20
34–36
34–36
3,4
3,0–5,7
20–90
2.
Учалинский
4,5
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548, Бел-АЗ-549, 
БелАЗ-7519

90
11
22
35–38
3,0
3,1–3,5
80
26
26–41

3.
Гайский № 1
0,6
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548

60
30
32
35
2,0–2,5
6,5
65

4.
Гайский № 2
0,4
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
60
30
25–30
34–36
2,0–2,5
4,0
62
20–30
5.
Гайский № 3
3,0
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-548, 
Камацу-1200

60
30
32
35
2,0–2,5
3,5
65

6.
Молодежный
4,0
Бульдозерный с автотранспортом (селективный), 
БелАЗ-548, БелАЗ-549
70
10
18
36
4,0–12,5
4,2

7.
Маднеульский
7,1–8,8
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548
340

№ 1 — 3100
№ 2 — 80–90
№ 3 — 170–
180

нет 
данных
нет 
данных
2,5

8.
Лаврово-Николаевский
нет данных
Бульдозерный с автотранспортом
20–33
10–15
37
37
2,0–2,5
20–33
9.
Западный рудник 
«Печенганикель»
4,8
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-548, 
БелАЗ-549

100
20–50
35–40
35–40
2,5–3,5
2,9
60

10.
Ждановский «Печенганикель»

160

Экскаваторный и бульдозерный с железнодорожным и автотранспортом, 
думпкары 2ВС-140, 180, 
тяговые агрегаты ПЭ-2М 
и ЕЛ-1, БелАЗ-549, БелАЗ-7519, БелАЗ-548

до 100 м при 
автотранспорте: до 
50 м при ж.д. 
транспорте

35–40
38–40

2,5–3,0 
при автотранспорте; 
1,8 при 
ж.д. 
транспорте

3,8–7,0

11.
«Медвежий ручей» «Норильскникель

12
Бульдозерный с автотранспортом, белАЗ-548
120–130
50
35–37
35–37
2,5–3,0
4,5

12.
Мир «АЛРОСА»
1–5
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548

до 150
до 150
нет 
данных
нет 
данных
нет данных
6,5–7,0
60
20–40

13.
Удачный «АЛРОСА»
22
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-548, 
БелАЗ-549

до 150
до 150
нет 
данных
нет 
данных
нет данных
4,0
60–140
15

1
2
3
4
5
6
7
8
9
14.
Юбилейный 
«АЛРОСА»
16
Бульдозерный с автотранспортом
нет 
данных
15
нет 
данных
нет 
данных
нет данных
1,0
15.
Сытыканский 
«АЛРОСА»
5
Бульдозерный с автотранспортом
до 100
до 100
нет 
данных
нет 
данных
нет данных
1,5
16.
Жирекенский

6,5

Бульдозерный с автотранспортом

50(70)
50(35)
37
37

4,0–5,0
1,45 для 
БелАЗ540
2,3 для 
БелАЗ7519

0,6–0,8
до 110
до 110

17.
Коунрадский

7–8

Бульдозерный с автотранспортом и ж.д. транспортом, плужный односторонний криволинейный 
ЭКГ-8И, ЭКГ-4,6Б, локомотивы ЕL-150, 21Е1-150, думпкары 2ВС-105, 
2ВС-95

40
20–35
36
36
2,2
7

18.
Саякский
3,2–3,7
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548
46–60
46–60
35–36
35–36
2,2
1,3–2,8

19.
Тастау
0,8
Бульдозерный с автотранспортом БелАЗ-540, 
БелАЗ-548
37
37
36
36
2,2
1,4

20.
Акжальский
3,2
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
30–40
15–10
36–38
36–38
2,2

Продолжение табл. 1.2

21.
Никитовский 
ртутный комбинат. Западное 
замыкание

16
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
Татра, Краз
20–58
20
37–38
37–39

Вне зоны 
призмы 
обрушения
1,1–2,5

22.
Мукуланский
8,0
Бульдозерный с автотранспортом, Юкланд, Комацу, 
БелАЗ-548, БелАЗ-549
до 600
до 200
36
36
Вне зоны 
обрушения
0,3–18

23.
Сорский
9,8
Бельдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
548, 7919
85–93
15–50
32–36
36–37
1,5–2,0

3–4

24.
Инкур
0,45
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
до 90
15
36
38
Вне зоны 
обрушения
25.
Спокойнинский
3,5
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
БелАЗ-548
20
20
40
40
Вне зоны 
обрушения
0,5–2,0

26.
Макмал
1,5
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540, 
КрАЗ — 256
60
54
36
36
1,12–1,45

2,5

27.
Агаракский
5,0
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
110
30
35
35
Вне зоны 
обрушения
4,0

28.
Верхне-Кайрактинский
0,3
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
60
10–15
35
35
Вне зоны 
обрушения
29.
Уфалейские
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
42
12–15
30
35
Вне зоны 
обрушения
30.
Вознесенский
2,4
Бульдозерный с автотранспортом, БелАЗ-540
60
20
45
45
1,5–2,0
3,0