Исследования физико-механических свойств горных пород золоторудных месторождений Дальнего Востока и оценка устойчивости бортов карьеров

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
 
 
 
 
В.Е. Ольховатенко, Е.Г. Прянишников 
 
 
 
ИССЛЕДОВАНИЯ  
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ  
ГОРНЫХ ПОРОД  
ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ  
ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА И ОЦЕНКА 
УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2020 

УДК 622.271:533.9+502:330(571.17) 
ББК 33/22/33.20.1 
О567 
 
Ольховатенко, В.Е. 
Исследования физико-механических свойств горных пород золоторудных месторождений Дальнего Востока и оценка 
устойчивости бортов карьеров : монография / В.Е. Ольховатенко, Е.Г. Прянишников. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.строит. ун-та, 2020. – 156 с. – Текст : непосредственный. 
ISBN 978-5-93057-946-8 
 
В монографии приводятся результаты исследований физико-механических свойств горных пород и дается оценка устойчивости бортов проектируемых карьеров. Описываются методы изучения физико-механических свойств 
пород и построения паспортов их прочности. Обосновываются нормативные 
и расчетные характеристики пород. Приводится методика, а также результаты 
расчетов устойчивости бортов золоторудных карьеров. Освещаются мероприятия по обеспечению геоэкологической безопасности при разработке золоторудных месторождений открытым способом. 
 
УДК 622.271:533.9+502:330(571.17) 
ББК 33/22/33.20.1 
 
 
 
Рецензенты: 
докт. геол.-мин. наук, профессор Института земной коры Сибирского отделения РАН Т.Г. Рященко; 
докт. геол.-мин. наук, профессор Национального исследовательского Томского политехнического университета Л.А. Строкова. 
 
 
 
ISBN 978-5-93057-946-8 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2020 
© Ольховатенко В.Е., 
   Прянишников Е.Г., 2020 
О567 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение............................................................................................ 5 
1. Природно-климатические условия золоторудных 
месторождений ................................................................................ 6 
1.1. Природно-техногенные факторы,  влияющие 
на разработку золоторудных месторождений открытым 
способом ........................................................................................ 6 
1.2. Физико-географические условия Айнского 
месторождения .............................................................................. 6 
1.3. Геологическое строение месторождения ............................ 8 
1.4. Опасные геологические процессы и явления...................... 9 
2. Физико-механические свойства горных пород 
золоторудных месторождений .................................................... 10 
2.1. Методы определения физико-механических свойств 
горных пород ............................................................................... 10 
2.1.1. Определение предела прочности  при одноосном 
сжатии ...................................................................................... 10 
2.1.2. Определение предела прочности  при одноосном 
растяжении .............................................................................. 10 
2.1.3. Методика построения паспортов прочности 
горных пород ........................................................................... 11 
2.1.4. Методы определения физических свойств 
горных пород ........................................................................... 17 
2.2. Характеристика физико-механических свойств 
горных пород Айнского золоторудного месторождения ........ 18 
2.3. Характеристика физико-механических свойств 
горных пород залежи Данченковская ....................................... 29 
2.4. Характеристика физико-механических свойств 
горных пород залежи Осьма ...................................................... 39 
2.5. Характеристика физико-механических свойств 
горных пород залежи Элина ...................................................... 48 

3. Расчет устойчивости бортов карьеров ................................. 59 
3.1. Методика расчета устойчивости бортов карьера ............. 59 
3.2. Расчет устойчивости бортов карьера Айнского 
месторождения ............................................................................ 62 
3.3. Расчет устойчивости бортов карьера Данченковской 
залежи .......................................................................................... 82 
3.4. Расчет устойчивости бортов карьера залежи Осьма ...... 105 
3.5. Расчет устойчивости бортов карьера залежи Элина ...... 123 
4. Мероприятия по обеспечению  геоэкологической 
безопасности при разработке месторождений 
открытым способом ................................................................... 147 
4.1. Источники техногенных воздействий на 
окружающую среду .................................................................. 147 
4.2. Рекомендации по обеспечению геоэкологической 
безопасности при разработке месторождений открытым 
способом .................................................................................... 148 
Заключение .................................................................................. 152 
Библиографический список...................................................... 153 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
Открытый способ разработки золоторудных месторождений 
имеет значительные преимущества по сравнению с подземным. 
Применение открытого способа при разработке золоторудных месторождений о. Уруп обусловлено особенностями геологического 
строения, близким залеганием к поверхности золоторудных залежей. Несмотря на это, при проектировании и строительстве золоторудных карьеров возникает целый комплекс проблем, среди которых центральное место занимает проблема устойчивости бортов. 
В процессе разработки месторождений происходит нарушение 
геологической среды, изменение физико-механических свойств 
пород и их напряженно-деформированного состояния. Это приводит к потере устойчивости бортов и развитию опасных геологических процессов. Для обеспечения геоэкологической безопасности 
при разработке золоторудных месторождений требуется детальное 
изучение состава и физико-механических свойств горных пород, 
что позволит дать прогнозную оценку устойчивости бортов карьеров. Решению данной проблемы посвящены исследования, результаты которых освещаются в настоящей работе. 
 

 
1. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 
ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
1.1. Природно-техногенные факторы,  
влияющие на разработку  
золоторудных месторождений открытым способом 
При разработке открытым способом месторождений полезных ископаемых возникает целый комплекс проблем, обусловленных природными и техногенными факторами. Среди них центральное место занимает проблема устойчивости бортов глубоких карьеров, от решения которой зависит обеспечение геоэкологической 
безопасности при освоении золоторудных месторождений. На состояние и устойчивость геологической среды оказывают влияние 
как природные, так и техногенные факторы. К природным факторам относятся: геологическое строение, тектоника, физико-географические условия, гидрогеологические и гидрологические условия, 
состав и физико-механические свойства пород. При этом исключительно большое влияние на устойчивость бортов карьеров оказывают прочностные характеристики пород, которые во многом обусловлены условиями формирования золоторудных месторождений. 
К техногенным факторам, влияющим на разработку месторождений 
открытым способом, относится применение горно-транспортного 
оборудования, взрывных и других видов работ. Техногенное воздействие на геологическую среду приводит к изменению напряженно-деформированного состояния горных пород в бортах карьеров и развитию опасных геологических процессов. 
 
 
1.2. Физико-географические условия  
Айнского месторождения 
Месторождение Айнское находится в южной части о. Уруп, 
который относится к Большой Курильской гряде. По данным 

1. Природно-климатические условия золоторудных месторождений 
ООО «Курилгео», рельеф о. Уруп представляет собой несколько 
вулканических групп, образующих островершинные конусообразные хребты. Преобладающий тип рельефа низкогорный. 
Климат о. Уруп формируется под влиянием Тихого океана 
и Охотского моря и характеризуется высокой влажностью и большим количеством осадков. Зима длится с декабря по март, относительно мягкая, без сильных морозов, многоснежная, ветреная. 
Среднемесячная температура самого холодного месяца – февраля 
не опускается ниже минус 8 °С, абсолютный минимум составляет 
минус 19 °С. Весна (апрель – май) холодная, часто с ночными заморозками. Погода неустойчивая, с переменными ветрами, продолжительными туманами и моросящими дождями. Среднемесячная температура не превышает +3 °С. Лето (июнь – первая половина сентября) пасмурное с моросящими дождями. Более 100 дней за 
лето туманных. Часты ливни. Самый теплый месяц – август. Среднемесячная температура не превышает +11 °С, абсолютный максимум +32 °С. Осень (вторая половина сентября – ноябрь) наступает без резкого перехода и является лучшим временем года. Среднемесячная температура не опускается ниже +1,6 °С. Средняя 
температура года +2,2 °С [12, 13]. 
Средняя температура воды акватории в августе в южной 
части о. Уруп не превышает +9 °С, а у северной оконечности составляет всего +6,8 °С, в феврале +0,5 °С. Южная граница распространения льда захватывает о. Уруп только в суровые зимы, 
а в умеренную и мягкую зиму акватория свободна ото льда [13]. 
Количество осадков в тѐплый период года (апрель – октябрь) 
достигает 866 мм, в холодный период (ноябрь – март) – 552 мм. 
Наибольшее суточное количество осадков достигало 221 мм. 
Преобладают ветры северо-западного и юго-восточного 
направлений, средняя годовая скорость ветра – 7,8 м/с. Штормовые 
и ураганные ветры могут достигать скорости 58 м/с, что приводит 
к разрушению строений, а узкие пляжи и бенчи подвергаются воздействию штормовых нагонов. Число дней с метелью – 67. 

1.3. Геологическое строение месторождения 
Геологоразведочные работы на Айнском месторождении 
проводились ООО «Курилгео» в 2005–2008 гг. По результатам 
геологических работ было установлено, что в геологическом 
строении месторождения принимают участие вулканогенноосадочные верхнемиоцен-нижнеплиоценовые отложения рыбаковской свиты [13, 16]. В меньшей степени развиты вулканические лавовые и туфовые верхнеплиоцен-нижнеплейстоценовые 
образования фрегатской толщи. 
Четвертичные образования представлены террасовыми верхнеплейстоценовыми отложениями второй морской террасы и лагунными аллювиальными морскими отложениями первой морской 
террасы, сложенными песчано-валунно-гравийными отложениями. 
Интрузивный магматизм широко развит и представлен субвулканическими образованиями рыбаковского вулканического 
андезитового комплекса, прасоловским плутоническим плагиогранитным диоритовым комплексом, субвулканическими образованиями камуйского дацитового и фрегатского андезитобазальтового комплекса. 
На площади Тетяевского рудного поля наиболее широко 
развиты субвулканические образования рыбаковского вулканического комплекса, представленные дайками, штокообразными 
и силлоподобными телами. По составу они относятся к риолитам, дацитам, дациандезитам, андезитам, базальтам, диоритовым порфиритам, кварцевым диоритовым порфиритам [16]. 
Основная роль в тектоническом строении кайнозойских 
образований принадлежит дизъюнктивным дислокациям. Вулканогенно-осадочные и вулканические породы рыбаковской свиты 
имеют пологое моноклинальное залегание. 
Отмеченные особенности геологического строения месторождения будут оказывать существенное влияние на его разработку открытым способом. 

1. Природно-климатические условия золоторудных месторождений 
1.4. Опасные геологические процессы и явления 
По данным выполненных исследований для территории 
месторождения характерны сейсмическая активность, лавиноопасность, оползневая, вулканическая опасность, эрозионные 
процессы [16]. Среди них наибольшее влияние на разработку 
месторождений и устойчивость бортов карьеров будут оказывать 
сейсмические явления. 
Остров Уруп включен в десятибалльную зону землетрясений. Из всех наблюдавшихся с 1780 г. на Курильских островах 
землетрясений с магнитудой не менее 8 баллов большая часть 
произошла вблизи о. Уруп. При наиболее сильных землетрясениях тихоокеанское побережье о. Уруп может быть подвержено 
воздействию цунами [13, 14]. В связи с высокой сейсмической 
активностью территории необходимо ее учитывать при расчетах 
устойчивости бортов золоторудных карьеров. Не менее опасными для о. Уруп являются цунами, которые вызываются землетрясением силой в 9 и более баллов. Высота воды при возникновении цунами может превышать 10 м. Лавиноопасными на о. Уруп 
являются склоны крутизной 23–40°. 
Среди других опасных явлений развиты оползневые процессы, морозное пучение, эрозионные процессы, которые в меньшей 
степени будут оказывать влияние на разработку месторождений 
открытым способом. 
 

 
2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  
ГОРНЫХ ПОРОД ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 
2.1. Методы определения физико-механических свойств 
горных пород 
2.1.1. Определение предела прочности  
при одноосном сжатии 
Предел прочности при одноосном сжатии пород определялся по ГОСТ 21153.2–84 [7] на гидравлическом прессе ИП-1000 
с автоматическим заданием скорости нагружения и автоматической регистрацией нагрузки разрушения. Для проведения испытаний использовались образцы горных пород цилиндрической 
формы диаметром 63 мм. Торцевые поверхности образцов подготавливались с применением плоскошлифовального станка. Одновременно измерялись размеры и площадь поперечного сечения 
образцов и определялась их масса. В процессе испытаний автоматически фиксировалась разрушающая образец сила, кН. Предел 
прочности при одноосном сжатии в МПа определялся по формуле 
 
σсж = Kв
10,
Р
S
 
где Р – разрушающая образец сила, кН; S – площадь поперечного 
разрушения образца, см2; Kв – безразмерный коэффициент высоты образца, равный 1,0 при отношении к диаметру m = 2 + 0,5. 
В нашем случае значения коэффициента Kв принимались 
по табл. 2 ГОСТ 21153. 2–84 [7]. 
 
2.1.2. Определение предела прочности  
при одноосном растяжении 
Предел прочности при одноосном растяжении определялся 
по ГОСТ 21153.3–85. Для образцов цилиндрической формы при