CC BY
14
12. Sanchidrian J.A., Segarra P., Uhterloni F. The influential role of the powder factor in comparison with the delay in a full-scale explosion: A perspective from the point of view of the size of the fragments-an energy fan. Rock Mech Rock Eng 2022. 55. pp. 42094236.
13. Uhterloni F., Sanchidrian J.A. The concept of a fan with fragmentation energy and the Swebrec function in modeling weight drop tests // Rock Mech Rock Eng 2018. 51. pp. 3129-3156.
14. Ukhterloni F., Sanchidrian J.A., Moser P. Percentile predictions of fragment size for blasted rock and fragmentation energy fan. Rock Mech Rock Eng, 2017. 50(4). Pp.751779.
15. Kuksenko V.S. Model of transition from micro to macro destruction of solids. Physics of strength and plasticity. L.: Nauka, 1986. pp. 36-41.
16. Menzhulin M.G., Afanasyev P.I., Kazmina A.Yu. Connection of granulometric composition and dissipation energy in the crack formation zone // Explosive business. No.109/66. M.: CJSC "MVK on explosive case at AGK". 2013. pp. 173-178.
17. Menzhulin M.G. Model of phase transitions on crack surfaces during the destruction of rocks // Physical mesomechanics. 2008. Vol.2. Ch.4. pp. 75-80.
18. Calculation of BVR parameters based on conjugation of fracture zones for porous and fractured rocks / M.G. Menzhulin [et al.] // Explosive business. No.105/62. M.: CJSC "MVK for explosive business at AGK", 2011. pp.62-67.
19. Explosive loosening of rocks at the quarries of the Petropavlovsk Group of companies / Yu.A. Lysak, A.Yu. Plotnikov, E.B. Shevkun, A.V. Leshchinsky // Mining Journal. 2022. Vol. 2. pp. 45-50.
20. Improving the effectiveness of borehole charges in the destruction of rocks by explosion / V.I. Komashchenko, V.A. Atrushkevich, N.M. Kachurin, G.V. Stas // Sustainable development of mountain territories. 2019. No. 2. pp. 191-196
21. Couceiro P. Modeling of non-ideal detonation velocity during rock explosion // REM - International Engineering Journal. 2020. 73. pp. 371-378.
УДК 622.831.1
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУХОПАДАЮЩЕГО СТВОЛА РУДНИКА «ТАЙМЫРСКИЙ»
Е.А. Ермолович, С.Д. Яцыняк, И.В. Синица
Рассмотрены методы щелевой разгрузки и георадиолокационный метод обследования вертикального ствола. Определены вертикальные и тангенциальные напряжения в бетонной крепи ствола, построены графики по данным натурных измерений. Проведена оценка структуры и прочности бетонной крепи. Проанализированы вероятные причины падения напряжений в ней. Получены зависимости изменения вертикальных и тангенциальных напряжений в крепи вертикального ствола и его толщины от глубины с достоверностями аппроксимации 0,93, 0,96 и 0,88 соответственно.
Ключевые слова: шахтный ствол, бетонная крепь, щелевая разгрузка, тензометр, напряжения, деформации, георадарная съемка.
Эффективность и безопасность работ на подземных предприятиях зависят от технического состояния главной артерии, которой является ствол. Сегодня это становится актуальной проблемой многих рудников и шахт. Аварии, случившиеся в строящихся и эксплуатируемых стволах Та-штагольского [1, 2] и Абаканского [3] рудниках, шахтах Донского ГОКа (Казахстан) [4, 5] и Северопесчанской [6], показали, что нарушение целостности крепи ствола влечет за собой множество негативных последствий, которые отражаются, в первую очередь, на уменьшении добычи полезного ископаемого и снижении скорости проходки выработок, а в некоторых случаях приводят к полной остановке работы горнорудного предприятия. Это вызывает серьезные финансовые потери предприятия.
Для предотвращения аварий необходима прогнозная оценка последствий нарушений геомеханических, техногенных, геотехнологических и механических факторов, а также безопасного состояния стволов при их строительстве и эксплуатации на основе наблюдений с использованием системы контрольно-измерительного мониторинга материала крепи и за-крепного пространства, а также математическое, компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния массива и крепи ствола
[7].
Объектом исследования является воздухоподающий ствол (ВПС) рудника «Таймырский» ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель», разрабатывающего сульфидные медно-никелевые руды. ВПС оборудован двумя скиповыми подъёмами и служит для выдачи руды и проветривания горных выработок рудника. Диаметр ствола в свету равен 8,0 м (в свету), сечение -круглой формы.
Общий водоприток на зумпф составляет 3,5 м3/ч. По физико-химическому составу и оценке агрессивности подземные воды относятся к среднеагрессивным по отношению к бетону, железобетону и металлическим конструкциям.
Сопряжения с горизонтами в абсолютных отметках: минус 900 м; минус 950 м; минус 1050 м; минус 1100 м; минус 1200 м; минус 1300 м. Глубина ствола до нижнего горизонта составляет 1428,5 м. Ствол введен в эксплуатацию в 1979 году.
Мощность пород, пересекаемых стволом: наносы - 6,7 м, базальты - 361,3 м, долериты - 69,5 м, аргиллиты и плеврелиты - 126,4 м, песчаники разнозернистые - 78,0 м, известняки, доломиты, мергели, ангидрит - 253,2 м, каменный уголь - 9,3 м, роговики, габбро-диабазы - 75,7 м, туфы, туфи-ты, лавобрекчия - 18,9 м.
Крепь ствола - чугунные тюбинги с отметками от плюс 98,5 до плюс 75,0 м с заполнением затюбингового пространства тампонажным раствором и монолитная бетонная с отметками от плюс 75,0 до минус 1314,0 м. Проектная толщина крепи составляет 35 мм.
Сопряжения с примыкающими горизонтальными выработками выполнены из железобетона толщиной от 600 до 700 мм. Класс бетона крепи по проекту от В20 до В22,5.
Для оценки напряжённо-деформированного состояния бетонной крепи и закрепного пространства ВПС использовался комплексный подход, включающий геомеханический и геофизический методы исследования.
При геомеханическом методе исследования применялась щелевая разгрузка апробированной ранее в стволах ВЗС-1 и ВСС-1 рудника «Скалистый» НГМК в 1997 - 2005 гг. и на других стволах, сооружаемых в сложных горно-геологических условиях, а также шахтного ствола ВС-5 рудника «Таймырский» НГМК в 2018 г. [8].
Предусмотренная едиными правилами безопасности [9] систематическая проверка состояния крепления и армирования стволов путем их визуального осмотра не позволяет в достаточной мере оценивать состояние крепи. Такая проверка эффективна только в отношении достаточно крупных поверхностных нарушений. По этой причине актуальными проблемами остаются оценка внутреннего состояния бетонной крепи, а также выявление полостей в закрепном пространстве. Для решения этих задач наиболее рациональным является применение геомеханического в совокупности с геофизических методов [10].
В стволе ВПС обследование выполнено на 9 наиболее характерных интервалах по типам пород и при этом обращалось внимание, чтобы в за-ходке бетонирования крепи ствола не было значительных нарушений, которые бы свидетельствовали о её полной разгрузке.
Определение напряжений в бетонной крепи ствола проводилось методом щелевой разгрузки [11, 12] в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также определялись класс бетона и параметры крепи ствола, с фото- и видео-документацией на местах обследования
Для измерения деформаций применялся съёмно-индикаторный прибор конструкции ЦНИИС (тензометр) на базе индикатора часового типа ИЧ10 [13]. Этот измерительный прибор усовершенствован в части уменьшение базы с 300 мм до базы измерения 200 мм.
Согласно оценкам авторов данной методики [12] относительная погрешность определения напряжений с учетом погрешностей определения исходных данных не превышает 9 %.
Экспериментальные работы заключаются в следующем. В стенке крепи ствола на каждой исследуемой отметке выбуривают три разгрузочных щели: одна горизонтальная и две вертикальных (рис. 1).
Перед выбуриванием устанавливаются три пары реперов на гладко зачищенную поверхность бетонной крепи и индикаторами часового типа измеряют расстояние между ними. Затем с помощью аккумуляторной дисковой камнерезной пилы типа Cut and Dreak (разработка ОАО
«ВИОГЕМ») создают прорезь (щель) в форме полудиска радиусом Ящ и измеряют смещение реперов при разгрузке бетонной крепи ствола (рис. 2).
Рис. 1. Схема расположения разгрузочных щелей на одной отметке
Величину напряжений, действующих перпендикулярно к плоскости щели, определяют по формуле
их Е хаЕ ПЛ
а± = -Г-1--1 '
8 х я щ-т х1 - к ± (1)Ср + цх к п {1_)Ср)
где АЬ - деформация массива между реперами после образования разгрузочной щели на базе измерения деформаций, см; Ь - расстояние между реперами, см; Е - модуль упругости бетона, МПа; ц - коэффициент Пуассона бетона, ц = 0,20 [14]; Ящ - радиус щели, см; к±(±)ср,Кп(±)ср~
коэффициенты концентрации напряжений ^ в направлениях перпендикулярно и параллельно щели соответственно [11, 12].
Рис. 2. Схемы определения напряжений методом щелевой разгрузки
Контроль прочности бетона выполнен согласно ГОСТ 22690-2015 [15] методом ударного импульса с применением электронного склерометра ОНИКС-2.5, имеющего погрешность измерений ±10 %. Перед проведением измерений поверхность бетонной крепи зачищалась алмазной чашкой на глубину от 5 - 15 мм, а затем - наждачной бумагой. Замеры на каждой отметке выполнялись в трёх точках (по 10 ударов на каждой отметке).
Для анализа действующих напряжений на бетонную крепь ствола были взяты расчётные сопротивления бетона осевому сжатию Яь из таблицы № 6.8 [14], которые составили на исследуемых участках ствола: отм. 122,8 м - 7,5 МПа; отм. 229,8 м - 4,5 МПа; отм. 447,8 м - 4,5 МПа; отм. 589,8 м - 8,5 МПа; отм. 730,8 м - 8,5 МПа; отм. 847,8 м - 7,5 МПа; отм. 898,8 м - 7,5 МПа; отм. 1110,8 м - 11,5 МПа; отм. 1310,8 м -11,5 МПа.
По результатам исследования бетонной крепи ствола ВПС по двум подъёмам построены графики тангенциальных (рис. 3) и вертикальных напряжений (рис. 4) и расчетных напряжений в бетонной крепи ствола.
0
100
200
300
400
500
5
п: 600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
0
9,4 8,8
В,0
12,3
17,3
1 11,2* 1 ■✓С. 1 „«/16,9« 23,1
\ \ 22> 25,9^
я \ >28,5
1 1 32,1
1 — ^— — в - -
7,8
15,3
10
20
30 40
Напряжения, МПа •Тангенциальные напряжения в крепи по первому подъёму •Тангенциальные напряжения в крепи по второму подъёму Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
Рис. 3. Тангенциальные напряжения в бетонной крепи ствола ВПС
по данным натурных измерений
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400
0
3,5
I,9
5,7
8,0 ^
/ 1
Ч ч 12,61,.
ч к ч >18,2
1 1 .
1
11,0
10
15
20 25
Напряжения, МПа
•Вертикальные напряжения в крепи по первому подъёму Расчетное сопротивление бетона осевому сжатию
Рис. 4. Вертикальные напряжения в бетонной крепи ствола ВПС по данным натурных измерений
2,7
Изменения вертикальных и тангенциальных напряжений в крепи вертикального ствола от его глубины аппроксимируются полиномиальными функциями четвертого и третьего порядка соответственно:
овер = -0,01-10-8Н4 + 0,02265-10-5Н3 -1,5946-Ю^Н2 + 0,047534Н-
-1,149292,
атанг = -1,5 -10-7 И3 + 0,0003045Н 2 - 0,15192614Н + 23,65504 , (2)
где авер - вертикальные напряжения в крепи ствола, МПа; атанг - тангенциальные напряжения в крепи ствола, МПа; Н - глубина ствола, м.
Достоверность аппроксимации Я2 = 0,93 и 0,96 соответственно.
Графики зависимостей приведены на рис. 5, 6. Из графиков видно, что с увеличением глубины выростают и действующие напряжения в бетонной крепи. Исключением являются измерения на глубине 1311 м в доломитовых породах. На отметке выше 11 м находится сопряжение с горизонтальной выработкой. Сопряжение и примыкающие к стволу выработки находятся в удовлетворительном состоянии, что не является весомым аргументом для объяснения причины падения тангенциальных и вертикальных напряжений. Возможно, это следствие влияния очистных работ или уменьшения толщины крепи вертикального ствола с его глубиной, которое аппроксимируется экспоненциальной функцией
ё = 6,8196Н- °,349, (3)
где ё - средняя толщина крепи ствола, м
Достоверность аппроксимации Я2 = 0,88.
График зависимости приведен на рис. 7.
Рис. 5. График зависимости вертикальных напряжений в крепи вертикального ствола от его глубины
Рис. 6. График зависимости тангенциальных напряжений в крепи вертикального ствола от его глубины
Рис. 7. График зависимости толщины крепи вертикального ствола
от его глубины
Для оценки структуры и свойств бетона и наличия полостей в за-крепном пространстве было проведено геофизическое обследование методом георадиолокационного исследования по четырем профилям по стенкам крепи ствола (рис. 8). Профили начинались ниже чугунной тюбинговой крепи с отметки минус 23,4 м, так как металлические тюбинги не являются диэлектриками, имеют высокую удельную электропроводность и гасят исходное электромагнитное поле. Конец профилей находился выше дозаторных камер на отметке минус 1406 м.
Для проведения георадарных исследований был применен аппара-турно-программный комплекс SIR-3000 (GSSI, США). Измерения прово-
дятся при постоянной базе «источник - приемник» с применением экранированных антенн с центральной частотой 400 или 900 МГц [16, 17].
Поверхность бетона сильно обводнена, это обводнение влияет на общее увеличение амплитуды записи. Подобное влияние минимизируется на этапе компьютерной обработки георадарных данных.
Рис. 8. Ствол ВПС: 1, 2, 3, 4 - профильные линии
В задачи интерпретации радарограмм входило выделение отражения от границы бетона с породным массивом (рис. 9). На заходках крепи в большинстве случаев наблюдаются нарушения целостности бетона. Подобные нарушения могут быть весьма незначительными и выглядеть как ровный холодный шов между заходами. В этом случае амплитуды на геоэлектрических разрезах относительно низкие. Если же на стыке колец бетон сильно разрушен, наблюдаются вывалы или полное отсутствие бетонной крепи (обнажения коренных пород), то относительные амплитуды на разрезах будут высокими.
-418 -422 -426 абс. отм., м
Условные обозначения
граница бетон/порода Ц нарушения на стыке бетонных колец
Рис. 9. Геоэлектрический разрез в ВПС с пикировкой границы бетон/порода и выделенными нарушениями на заходках бетонной крепи
Области увлажненного состояния бетона, нарушение целостности крепи и присутствующие неоднородности за бетонной крепью выделяются на геоэлектрических разрезах областями относительно повышенной амплитудой записи (рис. 10).
1.50
2.00 -I ~ -
!',. м Условные обозначения
^^ граница бетон/порода нарушения за бетонной крепью
Л
I ^ годограф дифрагированной водны, его скорость / »
Рис. 10. Выделения и интерпретации нарушений в ВПС
В результате обработки и интерпретации материалов георадарных исследований в стволе ВПС получены геоэлектрические разрезы. На разрезах выделяется множество участков нарушения целостности бетонной крепи и неоднородностей на контакте бетона с породным массивом. Бетон увлажненный, местами из бетонной крепи просачивается вода, присутствуют напорные течи.
Практически повсеместно, по всему стволу, выделяются участки разрушенного бетона на стыках заходок (рис. 9) с вертикальными размерами от 0,1 до 1,0 м, горизонтальными от 0,05 до 0,35 м (до полного отсутствия бетона и обнажения породы). Как показывает статистика выделенных нарушений, практически каждое значимое разрушение крепи сопровождается вывалами и обнажением породы на стыках заходок, с выносом материала крепи нисходящими подземными водами (почвенными, грунтовыми и межпластовыми).
В ходе визуального осмотра отмечаются коррозия и деформация металлических листов (изучение массива, находящегося за металлом, методом георадиолокации невозможно). Местами отсутствует крепление металлических листов к бетонной крепи, что приводит к их отгибанию в сторону скипов.
В результате проведенных геофизических исследований установлено, что мощность бетонной крепи в интервалах между стыками заходок меняется в пределах от 0,3 до 0,35 м. В местах стыков заходок и выделенных нарушений крепи мощность бетона уменьшается вплоть до обнажения породного массива.
Области имеют различные вертикальные размеры от 1 до 35 м. Горизонтальные размеры выявленных областей (в глубь породного массива, считая от поверхности бетонной крепи) в среднем составляют 1 м при максимальном значении 1,8, нигде не достигая максимальной глубины исследования 2 м. Горизонтальные размеры указанных областей от 1,5 до 1.8 м зафиксированы в следующих интервалах: 113-114 м (С), 354-355 м (Ю), 378-382 м (З), 381-382 (В), 413-415 м (В), 418-422 м (Ю), 625-626 м (ю), 674-678 м (С), 778-779 м (В), 822-823.5 м (С), 1118-1122 м (В), 1286-1287 м (З), 1294-1295 м (З), 1306-1307 м (З), 1317-1318 м (В).
Можно выделить наиболее крупные нарушения с вертикальными размерами от 16 до 35 м. Таких областей по результатам исследований обнаружено 13 штук.
1. В интервале от минус 94 до минус 122 м в отн. отм. выделяется область с западной стороны ствола с вертикальными размерами 28 м, которая представляет серию крупных нарушений целостности бетонной крепи и неоднородностей закрепного пространства с сильным увлажнением бетона.
2. В интервале от минус 122 до минус 145 м в отн. отм. выделена область мощностью 23 м с западной стороны крепи связанная с сильными нарушениями крепи и закрепного пространства и сильным увлажнением.
3. В интервале от минус 170 до минус 198 м в отн. отм. выделена область мощностью 28 м с западной стороны крепи, связанная с нарушениями крепи и закрепного пространства и сильным увлажнением.
4. В интервале от минус 622 до минус 642 м в отн. отм. выделяется область с северной стороны ствола с вертикальными размерами 20 м, которая представляет серию крупных нарушений целостности бетонной крепи в районе стыковок заходок с присутствием неоднородностей за бетонной крепью.
5. В интервале от минус 630 до минус 646 м в отн. отм. выделена область мощностью 16 м с западной стороны крепи, связанная с сильным увлажнением бетонной крепи и нарушением целостности бетона.
6. В интервале от минус 654 до минус 689 м в отн. отм. выделяется область с западной стороны ствола с вертикальными размерами 35 м, которая представляет серию крупных нарушений целостности бетонной крепи в районе стыковок заходок с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства.
7. В интервале от минус 830 до минус 847 м в отн. отм. выделена область мощностью 17 м с северной стороны крепи, связанная с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства, присутствием нарушений целостности бетонной крепи, неоднородностей породного массива.
8. В интервале от минус 858 до минус 876 м в отн. отм. выделяется область с восточной стороны ствола с вертикальными размерами 18 м, ко-
торая представляет серию крупных нарушений целостности бетонной крепи в районе стыковок заходок.
9. В интервале от минус 998 до минус 1016 м в отн. отм. выделена область мощностью 18 м с восточной стороны крепи, связанная с нарушениями крепи и закрепного пространства и сильным увлажнением.
10. В интервале от минус 1021 до минус 1043 м в отн. отм. выделена область мощностью 22 м с южной стороны крепи, связанная с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства.
11. В интервале от минус 1134 до минус 1158 м в отн. отм. выделена область мощностью 24 м с восточной стороны крепи, связанная с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства в районе сопряжения с горизонтом, присутствием нарушений целостности бетонной крепи, неоднородностей породного массива.
12. В интервале от минус 1166 до минус 1186 м в отн. отм. выделяется область с южной стороны ствола с вертикальными размерами 20 м, которая представляет серию крупных нарушений целостности бетонной крепи в районе стыковок заходок, с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства.
13. В интервале от минус 1382 до минус 1398 м в отн. отм. выделена область мощностью 16 м с северной стороны крепи, связанная с сильным увлажнением бетонной крепи и закрепного пространства, присутствием сильных нарушений на стыках заходок.
Геофизический метод обследования показал наличие локальных зон нарушенности крепи в вертикальных и в горизонтальных направлениях по всей глубине ствола и участки значительной увлажненности и вымывание бетонной крепи ствола, которые оказывают существенное влияние на устойчивость крепи ствола.
Наличие областей разрушений, распространяющихся в глубь породного массива от поверхности бетонной крепи ствола в горизонтальном направлении и больших площадных зон нарушенности бетонной крепи по вертикальной плоскости ствола, наряду с другими факторами могло повлиять на резкое падение вертикального и тангенциального напряжений с отм. 1110,8 м по отм. 1310,8 м в крепи.
Анализ напряжённо-деформированного состояния крепи бетонной крепи ВПС показывает следующее.
1. По результатам геофизических исследований выделяется множество областей нарушенного состояния бетонной крепи и неоднородностей закрепного пространства; по всей длине ствола выделяются участки локальных нарушений целостности бетонной крепи на стыках заходок с обнажением породного массива.
2. Визуальный осмотр крепи ствола характеризуется многочисленными нарушениями, а именно: имеют место вывалы (деформации) крепи на глубину до 150 мм на стыках заходок (смежных
участков уложенного бетона); наблюдаются локальные разрушения крепи на глубину более 300 мм, местами с обнажением коренных пород; системы трещин различной ориентации на значительной площади поверхности крепи.
3. В вертикальном направлении по всей глубине ствола бетон работает на сжатие.
4. До глубины 898 м класс бетона меньше, чем проектный - В7,5 -В15. Проектный класс бетона составляет: В20 - В22,5.
5. До глубины 600 м в крепи имеются наклонные трещины. Их образование возможно при неравномерном деформировании крепи в горизонтальной плоскости.
6. На глубинах обследования (см. рис. 3, 4) тангенциальные напряжения в крепи ствола превышают расчётные (Rb) и нормативные (Rbn) пределы прочности бетона на одноосное сжатие. Нормативные составляют: отм. 122,8 м - 9,5 МПа; отм. 229,8 м - 5,5 МПа; отм. 447,8 м - 5,5 МПа; отм. 589,8 м - 5,5 МПа; отм. 730,8 м - 9,5 МПа; отм. 847,8 м - 9,5 МПа; отм. 898,8 м - 9,5 МПа; отм. 1110,8 м - 15,0 МПа; отм. 1310,8 м - 15,0 МПа. из таблицы № 6.7 [14].
7. Практически по всей глубине ствола бетонная крепь находится в предельном состоянии, о чем также свидетельствует значительное количество участков с нарушениями в крепи. Сохранение несущей способности бетонной крепи на интервалах обследования объясняется тем, что бетон находится в плоском напряжённо-деформированном состоянии. Сопротивление сжатию в условиях плоской деформации (при двухосном сжатии) может в 1,7 - 2,6 раза превышать его прочность при одноосном сжатии [19Ошибка! Источник ссылки не найден.].
8. В результате обследования бетонной крепи на глубине 1311 м установлено, что напряжения в крепи меньше, чем следует из тренда по глубине ствола. Это связано с тем, что бетонная крепь на данном интервале находится в частично-разгруженном состоянии. В результате визуального и георадиолокационного обследования выше и ниже отметки -1311 м зафиксированы нарушения крепи площадью около 25 м2.
9. Для уточнения степени влияния различных факторов на падение напряжений на отметке целесообразно выполнить численное моделирование в программном комплексе MIDAS FEA NX ствола с отработкой очистного фронта на данном горизонте.
Список литературы
1. Боликов В. Е., Константинова С. А. Прогноз и обеспечение устойчивости капитальных горных выработок. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 374 с.
2. Характер проявления горного давления в стволах на Таштаголь-ском месторождении / В.И. Бояркин [и др.] // Шахтное строительство. 1973. №10. С. 16 - 17.
3. Синкевич Н.И. Исследования напряженно-деформированного состояния в призабойном массиве вертикальных стволов Абаканского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 5. С. 32 - 35.
4. Боликов В. Е., Харисов Т. Ф., Озорнин И. Л. Напряженно-деформированное состояние бетонной крепи при строительстве вертикальных стволов // ГИАБ. 2011. № 11 С. 77 - 86.
5. Озорнин И. Л., Харисов Т. Ф. Формирование напряжений в крепи при строительстве вертикальных стволов в тектонически напряженном горном массиве // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2013. № 6. С. 60 - 67
6. Сашурин А.Д. Особенности сдвижения горных пород в условиях тектонических полей напряжений железорудных месторождений // Горный журнал. 1980. № 4. С 47.
7. Казикаев Д.М., Сергеев C.B. Диагностика и мониторинг напряжённого состояния крепи вертикальных стволов. М.: Изд-во «Горная книга», 2011. 244 с.
8. Восстановление крепи и работоспособности шахтного ствола ВС-5 рудника «Таймырский» ЗФ ПАО ГМК «Норильский никель». Дополнительное обследование существующей крепи ствола в интервале абсолютных отметках от 0,0- 914,0 м. с целью определения фактического уровня НДС (напряжённо-деформированного состояния) бетонной крепи шахтного ствола и прочностных свойств материала крепи. Заключение о состоянии крепи ствола. Определение участков крепи ствола подлежащих перекреплению: отчёт о НИР (заключ.): рук. С.В. Сергеев. Белгород, ОАО «ВИОГЕМ». 2018. 44 с.
9. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твёрдых полезных ископаемых" приказ от 08 декабря 2020 №505.
10. Диагностика бетонной крепи шахтных стволов калийных рудников / А. А. Жуков [и др.] // Горный журнал. 2014. № 4. C. 85-87.
11. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Изд-во «Недра», 1994. 208 с.
12. Зубков А. В. Геомеханика и геотехнология. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2001. 333 с.
13. ОДМ 218.2.044-2014 Рекомендации по выполнению приборных и инструментальных измерений при оценке технического состояния мостовых сооружений на автомобильных дорогах. Отраслевой дорожный методический документ.
14. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003 (с изменением № 1).
15. ГОСТ 22690-2015 Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.
16. Владов М.Л., Старовойтов А. В. Введение в георадиолокацию: учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 2004. 153 с.
17. Ground penetrating radar SIR-3000, user manual, GSSI, USA https://www.geophysical.com/wp-content/uploads/2017/10/GSSI-SIR-3000-Manual.pdf.
18. Рекомендации по проведению георадиолокационного обследования объектов промышленного и гражданского строительства. Раменское: ООО «Логические системы», 2008. 24 с.
19. Рекомендации по определению прочностных и деформационных характеристик бетона при неодноосных напряжённых состояниях // НИИ бетона и железобетона. М.: НИИЖБ, 1985. 72 с.
Ермолович Елена Ахмедовна, д-р техн. наук, проф., elena.ermolovich@,mail.ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный национальный исследовательский университет,
Синица Игорь Владимирович, канд. техн. наук, зав. Лаб. горного давления и сдвижения горных пород, lgsgd@,mail.ru, Россия, Белгород, ОАО «ВИОГЕМ»,
Яцыняк Сергей Дмитриевич, ст. препод., syatsenyuk65@mail. ru, Россия, Белгород, Белгородский государственный национальный исследовательский университет
GEOMECHANICAL SURVEY OF THE TAIMYRSKY MINE DOWNCAST SHAFT E.A. Ermolovich, I.V. Sinitsa, S.D. Yatsynyak
The method of discharge slit and the georadar method of surveying a vertical shaft are considered. The vertical and the tangential in the concrete lining of the shaft are determined, graphs are plotted according to the data of field measurements. An assessment of the structure and the strength of concrete lining is performed. The probable causes of the stress drop in it are analyzed. Dependences of the changes of the vertical and the tangential stress in the lining of a vertical shaft and its thickness on depth are obtained with approximation reliability of0.93, 0.96 and 0.88 respectively.
Key words: mine shaft, concrete lining, discharge slit, tensiometer, stress, deformation, georadar survey
Ermolovich Elena Akhmedovna, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Belgorod, Belgorod National Research University,
Sinitsa Igor Vladimirovich, candidate of technical sciences, head of the Laboratory of Rock Pressure and Rock Displacement, lgsgd@,mail.ru, Russia, Belgorod, VIOGEM,
Yatsynyak Sergey Dmitrievich, senior lecturer, [email protected], Russia, Belgorod, Belgorod National Research University
Reference
1. Bolikov V. E., Konstantinova S. A. Forecast and sustainability of capital mining. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. 374 p.
2. The nature of the manifestation of rock pressure in the shafts at the Tashtagolsko-ye field / V. I. Boyarkin [et al.] // Mine construction. 1973. No. 10. pp. 16 - 17.
3. Sinkevich N. I. Studies of the stress-strain state in the bottomhole array of vertical trunks of the Abakan formation // Mining information and analytical Bulletin. 2006. No. 5. pp. 32-35.
4. Bolikov V. E., Kharisov T. F., Ozornin I. L. The stress-strain state of concrete support during the construction of vertical trunks // GIAB. M.: Gornaya kniga, 2011. No. 11 P. 77-86.
5. Ozornin I. L., Kharisov T. F. The formation of stresses in the support during the construction of vertical trunks in a tectonically stressed mountain massif // Izvestia of higher educational institutions. Mining magazine. 2013. No. 6. pp. 60-67
6. Sashurin A.D. Features of rock movement in the conditions of tectonic stress fields of iron ore deposits // Mining Journal. 1980. No. 4. From 47.
7. Kazikaev D.M., Sergeev C.B. Diagnostics and monitoring of the stress state of the support of vertical trunks. M.: Publishing house "Mountain Book", 2011. 244 p.
8. Restoration of the support and operability of the VS-5 mine shaft of the Tai-myrsky mine of PJSC MMC Norilsk Nickel. Additional examination of the existing shaft support in the range of absolute marks from 0.0- 914.0 m. in order to determine the actual level of VAT (stress-strain state) of the concrete support of the mine shaft and the strength properties of the support material. Conclusion on the condition of the trunk support. Determination of the sections of the trunk support to be re-anchored: research report (conclusion): ruk. S.V. Sergeev. Belgorod, JSC "VIOGEM". 2018. 44 p.
9. Federal norms and rules in the field of industrial safety "Safety rules for mining and processing of solid minerals" Order No. 505. 10 dated December 08, 2020
. Diagnostics of concrete support of potash mine shafts / A. A. Zhukov [et al.] // Mining Journal. 2014. No. 4. C. 85-87.
11. Vlokh N.P. Management of rock pressure at underground mines. Moscow: Publishing house "Nedra", 1994. 208 p.
12. Zubkov A.V. Geomechanics and geotechnology. Yekaterinburg: IGD UrO RAS, 2001. 333 p.
13. ODM 218.2.044-2014 Recommendations for the implementation of instrument and instrumental measurements in assessing the technical condition of bridge structures on highways. Industry road methodological document.
14. SP 63.13330.2018 Concrete and reinforced concrete structures. The main provisions. SNiP 52-01-2003 (with change No. 1).
15. GOST 22690-2015 Concrete. Determination of strength by mechanical methods of non-destructive testing.
16. Vladov M.L., Starovoitov A.V. Introduction to georadiolocation: textbook. Moscow: Publishing House of Moscow State University, 2004. 153 p.
17. Ground penetrating radar SIR-3000, user manual, GSSI, USA https://www.geophysical.com/wp-content/uploads/2017/10/GSSI-SIR-3000-Manual.pdf.
18. Recommendations for conducting a geo-radar survey of industrial and civil construction facilities, LLC "Logical Systems". Ramenskoye, 2008. 24 p.
19. Recommendations for determining the strength and deformation characteristics of concrete under non-axial stress conditions // Research Institute of Concrete and reinforced concrete. Moscow: NIIZHB, 1985. 72 p.
УДК 550.834.05
ОЦЕНКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ
УГОЛЬНЫХ ШАХТ
В.И. Клишин, О.В. Тайлаков, С.В. Соколов, М.П. Макеев
Рассмотрено влияние технологических процессов подземной угледобычи и стимулирования газоотдачи при гидроразрыве угольных пластов на напряженно-деформируемое состояние горных пород выемочных участков угольных шахт. Приводятся результаты применения комплексного подхода, основанного на совместном применении сейсмоакустического профилирования и численного моделирования для уточнения горно-геологических и горнотехнических условий разработки угольных пластов. Показана удовлетворительная сходимость результатов численного моделирования и натурных наблюдений, выполненных на основе периодического эхолокационного мониторинга горизонтальных скважин пластовой дегазации в условиях угольной шахты Кузбасса.
Ключевые слова: угольный пласт, кровля, напряженно-деформированное состояние, трещинно-поровое пространство, геомеханические параметры, акустические волны, сейсмическая томография, кинематические параметры.
При угледобыче подземным способом условно можно выделить два типа процессов, которые оказывают заметное влияние на изменение структурных характеристик массива горных пород: непосредственно очистные работы, сопровождающиеся подвиганием забоя [1], и гидровоздействие на углепородный массив, направленное на разупрочнение угольного пласта и вмещающих пород [2]. В совокупности эти виды техногенного воздействия вызывают изменения геомеханического состояния углепородного массива [3], обусловливающие необходимость разработки и применения мероприятий для исключения простоев горношахтного оборудования, которые могут быть вызваны, например, загазированием очистных или выемочных участков. Для выбора и обоснования рациональных мероприятий и корректировки планов развития горных работ представляется целесообразным применение комплексного подхода, основанного на совместном использовании сейсмоакустического профилирования с элементами сейсмической томографии [4 - 8] и численного моделирования, для мониторинга фактического состояния углепородного массива при выемке угля и применении гидроразрыва [9] совместно с периодическим мониторингом стволов дегазационных скважин на основе ультразвуковой эхолокации [10] с возмож-
