Научная статья на тему 'ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛЕВЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ИХ УСТОЙЧИВОСТИ'

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛЕВЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ИХ УСТОЙЧИВОСТИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
25
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
напряжения / жильные месторождения / полевые подготовительные выработки / выработки долговременного стояния / зона влияния очистных работ / зона опорного давления / прогноз устойчивости горных выработок / stresses / vein deposits / field preparatory workings / longwall workings / zone of mined-out space influence / support pressure zone / forecast of mine workings stability

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Сосновская Елена Леонидовна, Авдеев Аркадий Николаевич

Приведены результаты исследований напряженно-деформированного состояния полевых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ при выемке крутопадающих золоторудных, жил малой и средней мощности. Установлены закономерности распределения напряжений на контуре полевых выработок в зависимости от удаленности от очистного пространства. На базе установленных закономерностей предложены методики оценки степени устойчивости полевых подготовительных выработок и капитальных выработок долговременного стояния, оказавшихся в зоне влияния очистных работ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Сосновская Елена Леонидовна, Авдеев Аркадий Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STUDY OF THE STRESS-STRAIN STATE OF FIELD WORKINGS DURING THE STEEPDIPPING VEINS MINING IN ORDER TO PREDICT WORKINGS STABILITY

The paper presents the results of the study of the stress-strain state of field workings located in the zone of influence of stoping operations during the excavation of lowand medium-capacity steeply declining gold veins. Laws of stress distribution on the contour of field workings depending on the distance from the mined-out space were determined. On the basis of the determined regularities the methods for assessing the degree of stability of field preparatory workings and permanent mine workings, undermined by the mined-out space, were proposed.

Текст научной работы на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛЕВЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ИХ УСТОЙЧИВОСТИ»

УДК 622.831

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛЕВЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

Е.Л. Сосновская, А.Н. Авдеев

Приведены результаты исследований напряженно-деформированного состояния полевых выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ при выемке крутопадающих золоторудных, жил малой и средней мощности. Установлены закономерности распределения напряжений на контуре полевых выработок в зависимости от удаленности от очистного пространства. На базе установленных закономерностей предложены методики оценки степени устойчивости полевых подготовительных выработок и капитальных выработок долговременного стояния, оказавшихся в зоне влияния очистных работ.

Ключевые слова и словосочетания: напряжения, жильные месторождения, полевые подготовительные выработки, выработки долговременного стояния, зона влияния очистных работ, зона опорного давления, прогноз устойчивости горных выработок

Введение

На устойчивость горных выработок влияет комплекс горногеологических, горнотехнических и геомеханических факторов, в том числе глубина залегания, физико-механические свойства горных пород, параметры поля первоначальных напряжений, форма и размеры выработок, взаимное их положение [1 - 3].

Одним из основных влияющих факторов на устойчивость полевых подготовительных выработок, является повышенное напряженно-деформированное состояние массива горных пород, возникающее в зоне опорного давления от очистных работ. Капитальные выработки (например, транспортные) также могут попасть в опасную зону при их подработке, в процессе развития горных работ. Поэтому необходимо знать основные закономерности распределения техногенных напряжений в приконтурном массиве полевых выработок, находящихся вблизи очистного пространства, чтобы своевременно прогнозировать их устойчивость и оценивать сроки надежной эксплуатации. Такие задачи неоднократно ставились горными предприятиями, отрабатывающими подземным способом золоторудные крутопадающие жилы малой и средней мощности, где широко распространена полевая подготовка, особенно на больших глубинах, где становится опасно применять рудную подготовку [4].

Массивы горных пород жильных золоторудных пород сложены, в основном, магматическими и метаморфическими породами, крепкими, прочными, устойчивыми, но в то же время, склонными к хрупкому разру-

шению под нагрузкой [5]. В таких массивах в зоне опорного давления очистных работ могут возникать негативные проявления горного давления, в том числе в динамических формах: интенсивное заколообразование и вывалы стенок и кровли, деформирование рамной крепи, выпадение анкеров [6, 7] (рис. 1).

Рис. 1. Разрушение стенок и крепления горных выработок на Холбинском руднике (глубина 900 -1000 м)

Действующие Федеральные правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых (действующие на основании Приказа № 505 от 8 декабря 2020 г.), в части «Требования к проведению и поддержанию капитальных и подготовительных горных выработок, опасных или склонных к горным ударам», устанавливают минимальное допустимое расстояние от фронта очистных работ до подготовительных выработок при проектировании, равное 40 м. Таким образом, оговаривается минимально безопасное расстояние в массивах месторождений с установленной склонностью к горным ударам. Однако не на всех рудниках, даже в породах, склонных к хрупкому разрушению под нагрузкой, установлена склонность к горным ударам.

На практике, при выемке маломощных и среднемощных рудных жил расстояние Э от фронта очистных работ до подготовительных выработок существенно меньше. Так, для условий Холбинского рудника при отработке жил выемочной мощностью 3,5 м, на глубине 800 - 1000 м, рас-

стояние Э составляет от 9 до 20 м, в зависимости от категории устойчивости горных пород, высоты очистной выработки, применяемой системы разработки. Хотя, на такой глубине (1000 м), при уменьшении Э до 9 - 10 м дополнительно применяют закладку или обрушение очистного пространства, в качестве мероприятия по обеспечению безопасности горных работ [7]. На соседнем руднике Коневинский, отрабатывающем тонкие жилы (0,5 - 1 м), на глубине 400 - 600 м от земной поверхности, полевые выработки удалены от очистных камер на расстояние Э=6 - 8 м [8].

То есть, и с экономической точки зрения, и с целью снижения трудоемкости горных работ, при выемке жил, особенно малой и средней мощности (с небольшими запасами полезного ископаемого), подходные выработки стараются проходить как можно ближе к очистному пространству, что, естественно, снижает степень устойчивости полевых выработок.

Дополнительным фактором уменьшения безопасного расстояния Э до минимальных размеров является сравнительно небольшой срок службы подготовительных выработок при выемке маломощных и среднемощных жил (за счет небольшого объема запасов в отрабатываемых блоках).

Однако, при развитии горных работ, есть опасность подработки очистными работами капитальных транспортных и вентиляционных выработок долговременного стояния. Возникает проблема обеспечения устойчивости таких выработок в течение длительного времени. Такая задача периодически возникает, например, на руднике Многовершинный, где за несколько десятилетий эксплуатации было подработано значительное количество капитальных выработок [9, 10].

Для расчета сроков устойчивой службы и обоснованного выбора крепления капитальных и подготовительных выработок, попадающих в зону влияния очистных работ, а также оценки рационального расстояния между полевыми выработками и очистным пространством, при выемке крутопадающих жил малой и средней мощности, очевидно, необходимы исследования напряженно-деформированного состояния приконтурного массива полевых выработок, попадающих в зону влияния очистных работ.

Методы исследований

В процессе исследований был проведен анализ и обобщение накопленного опыта геомеханических исследований на рудниках, отрабатывающих крутопадающие золоторудные жилы малой и средней мощности (в т.ч. Дарасунском, Зун-Холбинском, Коневинском, Многовершинном, Майском и других) [4 - 10 и др.].

Основным методом настоящей работы является метод конечно-элементного моделирования напряженно-деформированного состояния в окрестности полевых подготовительных и капитальных выработок. Метод в последние десятилетия получил широкое распространение для решения подобных задач геомеханики [11 - 12].

Для оценки напряженно-деформированного состояния полевых выработок в зоне влияния очистных работ было проведено математическое моделирование с применением метода конечных элементов на базе сертифицированного программного комплекса FEM, разработанного проф. О.В. Зотеевым (ИГД УрО РАН). Для обобщенных условий отработки золоторудных жил малой и средней мощности. Расстояние между подготовительной и очистной выработкой принималось в диапазоне от 5 до 160 м. Средняя высота эксплуатационного блока 50 - 60 м. Выемочная мощность жилы от 2 до 15 м. Моделировалось непогашенное, открытое очистное пространство, как наиболее неблагоприятное в геомеханическом отношении. Форма выработки - распространенная прямоугольно-сводчатая.

Рассматривался массив прочных пород средней устойчивости и устойчивых, наиболее распространенный на золоторудных жильных месторождениях. Моделирование проводилось в упругой постановке, для пород, склонных к хрупкому разрушению под нагрузкой и не склонных к пластическому деформированию.

Результаты исследований

По результатам моделирования техногенных напряжений на контуре полевых подходных выработок можно отметить следующее.

Влияние выемочной мощности жилы (в диапазоне 2 - 15 м) на уровень напряжений в полевых выработках невелико и составляет порядка 10...15 %, т.е. фактически в пределах точности самого моделирования (учитывая погрешности определения физико-механических свойств пород, первоначальных напряжений массива горных пород, разбивки самой модели). Поэтому, для задач проектирования горных работ этим влиянием в первом приближении можно усреднить результаты моделирования для жил малой и средней мощности.

Напряжения на контуре полевых выработок носят, в основном, сжимающий характер. Однако вблизи очистных работ при D <15 - 20 м в стенках и углах кровли могут фиксироваться участки растягивающих напряжений (рис. 2, 3). При удалении от очистных работ на расстояние более 15...20 м, напряжения на контуре полевых выработок полностью переходят в сжимающие.

За исключением этих участков, в стенках выработок отмечаются небольшие сжимающие напряжения. В кровле и углах кровли полевых выработок отмечаются, в основном, большие сжимающие напряжения, особенно вблизи выработанного пространства при D меньше 10 - 15 м. После отдаления полевых выработок от очистных работ на расстояние D больше 30...35 м прирост напряжений резко уменьшается, и при D> 50 - 60 м влияние очистных работ на напряженно-деформированное состояние полевых выработок не фиксируется (см. рис. 3).

Рис. 2. Эпюры полных напряжений о на контуре полевой выработки

в зоне влияния выработанного пространства с отмеченными участками растягивающих напряжений (рудник Многовершинный,

глубина разработки 500 м), 0=5 м, 0=20 м - расстояние от выработанного пространства (очистной камерой) до подготовительной выработки

Рис. 3. Полные напряжения на контуре полевых выработок (Рудник Холбинский, глубина разработки 1000 м). 1, 2, 3 - соответственно стенки, кровля, углы кровли выработки; О - расстояние между полевой выработкой и очистным

пространством

Фактически, область максимальных сжимающих и растягивающих напряжений в углах и стенках полевых выработок при удалении от очистного пространства характеризует размер зоны максимального влияния очистного пространства, т.е. зону опорного давления. Таким образом, расчетная зона опорного давления находится в пределах 10 - 15 м от контура очистной выработки.

Зона полного влияния очистных работ (50 - 60 м) сопоставима с высотой отрабатываемых этажей, что подтверждается теоретическими исследованиями ряда авторов [Зубков, Влох и др]

Наиболее устойчивым элементом полевой выработки является кровля. Напряжения в кровле уменьшаются с увеличением расстояния Э всего на 10.. 15 МПа, и увеличиваются с понижением горных работ порядка 10 МПа на каждые 100 м.

Самыми неустойчивыми участками полевых штреков являются углы кровли. В них действуют и сжимающие, и растягивающие техногенные напряжения, особенно вблизи выработанного пространства при Э меньше 10...15 м.

Следует отметить, что, в случае необходимости, регулировать уровень напряжений можно изменением формы сечения полевой выработки. Максимальные напряжения будут отмечаться в углах прямоугольной выработки, средние - трапециевидной или сводчатой, минимальные - шатровой. Для предотвращения проявлений горного давления можно также применять разгрузку углов выработок щелями [1, 4, 5 и др.].

В процессе исследований установлены зависимости распределения техногенных напряжений в наиболее напряженных участках контура полевых выработок от степени удаления их от выработанного пространства, для средних условий выемки рудных тел крутопадающих малой и средней мощности:

максимальные сжимающие напряжения:

аЖ = (-0,48 • 1п (Э) + 3,7)ав + (-0,32 • 1п (Э) + 2,47)аг; (1)

максимальные растягивающие напряжения

а тх = (0,80 • 1п Э- 2,30)ав + (0,30 • 1п Э- 0,86)а г, (2)

где аСЖ ;арх - значения максимальных сжимающих и растягивающих техногенных напряжений в наиболее нагруженных участках контура полевых выработок, полученные по формулам (1) и (2); ав ,аг - первоначальные вертикальные и горизонтальные напряжения массива горных пород, МПа; Э -расстояние по горизонтали от выработанного пространства до полевой выработки, м.

Устойчивость приконтурного массива с учетом установленных значений максимальных напряжений предлагается оценивать на основе соотношения, учитывающего прочность породы, время стояния выработки, упрочнение приконтурного массива за счет крепления и опасность проявлений горного давления в динамических и статических формах:

К • К

Отх -а , (3)

где ао6 - предел прочности горной породы в образце, МПа; Кд - коэффициент запаса прочности от проявлений горного давления; Куп - коэффициент упрочнения массива, за счет крепления контура выработки; К - коэффициент длительной прочности

При оценке опасности проявлений горного давления в динамической форме, коэффициент запаса прочности Кд принимается равным 0.8, в соответствии с действующими в РФ нормами в области промышленной безопасности (80% от прочности образца в массиве на сжатие) [13]. Для статических проявлений горного давления и опасности вывалов от растягивающих напряжений коэффициент Кд, в зависимости от структурных особенностей массива, находится в диапазоне от 0,2 до 0,7.

Коэффициент длительной прочности для подготовительных выработок с небольшим требуемым сроком службы можно принять равным единице (т.е. не учитывать). Для выработок долговременного стояния коэффициент можно принять на основании зависимости, полученной по результатам эмпирико-статистических исследований института ИФиМГП АН Киргизстана [14],

К , (4)

1 (1,22 / +1,7)

где/ - крепость пород по шкале проф. Протодьяконова М.М.

Коэффициент упрочнения массива зависит от параметров применяемого крепления. Так, например, для анкерной крепи сплошного типа с длиной штанги 1.8 м, по данным Боликова В.Е. он находится в пределах 1,3 - 1,7. (табл. 1) [15]. Без крепления, очевидно, Куп =1.

Таблица 1

Коэффициент упрочнения массива при анкерном креплении

Сетка расположения анкеров Куп

1,0x1,0 1,3

0,7x0,7 1,5

0,5x0,5 1,7

Таким образом, на основе выражений (1), (2) и (3) можно подобрать оптимальное расстояние Э, регулируя уровень допустимых напряжений креплением приконтурного массива полевых подготовительных выработок.

С учетом полученных критических значений атах и условия устойчивости (3), представляется также возможным оценить сроки устойчивой службы выработок долговременного стояния, находящихся в зоне влияния

очистных работ. Для этого, при принятых значениях Э и выбранном креплении, рассчитывается фактический коэффициент длительной прочности

К

К -уо6 • Куп

(5)

После определения коэффициента длительной прочности К , можно оценить ориентировочное время \ устойчивого состояния приконтурно-го массива выработок на руднике, которое в зависимости от крепости пород / составит:

I = (1,22/ +1,7)^ -1,5 (6)

В качестве примера использования вышеизложенной методики, на рис. 4 приведены расчетные сроки службы капитальных выработок, попавших в зону влияния очистных работ для условий Многовершинного рудника.

24 х

16 --

12 --

В --

t, лет irtrt и

тп и

ж* . 500м ""

-Hill

1 | | < 1 1 | | | 1 1 | | | 1 1 | | | 1 1 | | | 1 1 | | | 1 D, м —1—1—|

25

45

65

85

105

125

145

Рис. 4. Ориентировочные сроки устойчивой службы горнокапитальных выработок (t) в зоне влияния очистных работ

(рудник Многовершинный).

D - расстояние между выработкой и выработанным пространством, м; 300 м, 400 м, 500 м - глубина горных работ

Дополнительно, наряду с вышеизложенной оценкой времени устойчивого состояния приконтурного массива выработок, естественно, рекомендуется уточнять сроки службы крепления выработок в зависимости от обводненности, агрессивности шахтных вод и применяемой крепи [9].

В зависимости от соотношения фактического и расчетного времени устойчивого состояния подготовительных выработок и их крепления рекомендуется проводить окончательную оценку степени опасности выработок. Наиболее опасные выработки, т.е. те у которых на исходе расчетный срок их службы и изношена крепь, следует оперативно обследовать визуальными и инструментальными методами. По результатам обследования,

представляется возможным планировать ремонтно-восстановительные работы, или ограничение доступа в опасные выработки.

Выводы

Расчетная зона опорного давления от очистных работ при выемке крутопадающих золоторудных жил малой и средней мощности находится в пределах 10 - 15 м от контура очистной выработки. То есть минимальное расстояние от фронта очистных работ до выработок долговременного стояния должно быть не меньше этой величины. В противном случае необходимо прекратить допуск в опасные полевые выработки или своевременно погашать очистные выработки закладкой или обрушением.

Рациональное расстояние между очистной и полевой подготовительной выработкой при небольшом сроке выемки эксплуатационного блока предлагается оценивать по предложенной методике на базе выражений (1), (2), (3).

Прогнозный срок службы выработок долговременного стояния предлагается оценивать по предложенной методике на основе выражений

(5), (6).

Устойчивость полевых выработок можно повысить приданием кровле более устойчивой трапециевидно-сводчатой или шатровой формы, применением анкерного крепление стенок, кровли и углов кровли, разгрузки углов выработок щелями.

На больших глубинах для повышения безопасности и эффективности горных работ можно применить геотехнологии с закладкой и обрушением выработанного пространства. При этих геотехнологиях, расчетный уровень напряжений в опасной зоне снижается, по сравнению с системами с открытым очистным пространством. Поэтому подходные выработки, можно проводить на более близком расстоянии.

Статья подготовлена в рамках Государственного задания №07500412-22 ПР. Тема 3 (2022-2024). (FUWE-2022-0003), рег. № 1021062010536-3-1.5.1

Список литературы

1. Зубков А. В. Геомеханика и геотехнология. Екатеринбург: УрО РАН. 2001. 335 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Шуплецов, Ю.П. Прочность и деформируемость скальных массивов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 195 с.

3. Laubscher D., Guest A., Jakubec J. Guidelines on Caving Mining Methods: The Underlying Concepts. Queensland: The University of Queensland, 2017. 282 p.

4. Павлов А.М. Совершенствование технологии подземной разработки жильных месторождений золота: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 128 с.

5. Технология разработки золоторудных месторождений / под ред. В. П. Неганова. М.: Недра. 1995. 336 с.

6. Павлов А.М. Прогноз геомеханического состояния массива горных пород глубоких горизонтов Зун-Холбинского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 5. С. 105-114.

7. Авдеев А.Н., Сосновская Е.Л., Павлов А.М. Обоснование безопасных и эффективных систем разработки маломощных крутопадающих рудных тел на глубинах свыше 1000 м // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 2. С. 169-180.

8. Vasilyev D.S., Pavlov A.M. Justification of underground gold placer development parameters for the Konevinsky deposit // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2nd International Scientific Conference "Sustainable and Efficient Use of Energy, Water and Natural Resources". 2020. С. 012042.

9. Авдеев А.Н., Харисов Т.Ф. Прогноз сроков безопасной службы горнокапитальных выработок // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Вып. 4. 2021. С. 223-232

10. Avdeev A., Sosnovskaya E., Krinitsyn R. The geomechanical state of the mine «Mnogovershinnoe» lower levels monitoring // VII International Scientific Conference "Problems of Complex Development of Georesources". E3S Web of Conferences 56, 02017 (2018).

11. Wilhelm Rust. Non-Linear Finite Element Analysis in Structural Mechanics // Switzerland: Springer International Publishing. 2015. 363 p.

12. Moatamedi M., Hassan A. Khawaja. Finite Element Analysis. Boca Raton: CRC Press. 2018. 154 p.

13. Методические указания по оценке склонности рудных и нерудных месторождений к горным ударам. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский ГГУ, 2011.

14. Ялымов Н.Г. Исследование напряженного состояния массива горных пород на рудных месторождениях Киргизии // Прикладные задачи механики горных пород. М.: Наука, 1977. С.26-27.

15. Боликов В.Е., Поль В.Г. Обеспечение устойчивости горных выработок в удароопасных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. № 5. С. 121-122.

Сосновская Елена Леонидовна, канд. геол.-мин. наук, ст. науч. сотр., [email protected], Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН),

Авдеев Аркадий Николаевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., [email protected], Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН)

STUDY OF THE STRESS-STRAIN STATE OF FIELD WORKINGS DURING THE STEEP-DIPPING VEINS MINING IN ORDER TO PREDICT WORKINGS STABILITY

E.L. Sosnovskaya, A.N. Avdeev

The paper presents the results of the study of the stress-strain state of field workings located in the zone of influence of stoping operations during the excavation of low- and medium-capacity steeply declining gold veins. Laws of stress distribution on the contour of field workings depending on the distance from the mined-out space were determined. On the basis of the determined regularities the methods for assessing the degree of stability of field preparatory workings and permanent mine workings, undermined by the mined-out space, were proposed.

Key words: stresses, vein deposits, field preparatory workings, longwall workings, zone of mined-out space influence, support pressure zone, forecast of mine workings stability.

Sosnovskaya Elena Leonidovna, Candidate of Geological Sciences, art. sci. officer, [email protected] , Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IGD UrO RAS),

Avdeev Arkady Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, art. sci. officer, [email protected] , Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IGD UrO RAS)

Reference

1. Zubkov A.V. Geomechanics and geotechnology. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 2001. 335 p.

2. Shupletsov, Yu.P. Strength and deformability of rock massifs. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. 195 p.

3. Laubscher D., Guest A., Jakubec J. Guidelines on Caving Mining Methods: The Underlying Concepts. Queensland: The University of Queens-land, 2017. 282 p.

4. Pavlov A.M. Improving the technology of underground mining of vein gold deposits: monograph. Irkutsk: Publishing House of IrSTU, 2013. 128 p.

5. Technology of development of gold deposits / edited by V. P. Neganov. M.: Nedra. 1995. 336 p.

6. Pavlov A.M. Forecast of the geomechanical state of the rock mass of the deep horizons of the Zun-Kholbinsky deposit // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2020. No. 5. pp. 105-114.

7. Avdeev A.N., Sosnovskaya E.L., Pavlov A.M. Substantiation of safe and effective systems for the development of low-power steep-falling ore bodies at depths over 1000 m // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 169-180.

8. Vasilyev D.S., Pavlov A.M. Justification of underground gold placer development parameters for the Konevinsky deposit // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2nd International Scientific Conference "Sustainable and Efficient Use of Energy, Water and Natural Re-sources". 2020. p. 012042.

9. Avdeev A.N., Kharisov T.F. Forecast of safe service life of mining operations // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. Issue 4. 2021. pp. 223-232

10. Avdeev A., Sosnovskaya E., Krinitsyn R. The geomechanical state of the mine «Mnogovershinnoe» lower levels monitoring // VII International Scientific Conference "Problems of Complex Development of Georesources". E3S Web of Conferences 56, 02017 (2018).

11. Wilhelm Rust. Non-Linear Finite Element Analysis in Structural Mechanics // Switzerland: Springer International Publishing. 2015. 363 p.

12. Moatamedi M., Hassan A. Khawaja. Finite Element Analysis. Boca Raton: CRC Press. 2018. 154 p.

13. Methodological guidelines for assessing the propensity of ore and non-ore deposits to rock impacts. Saint Petersburg: Saint Petersburg State University, 2011.

14. Yalymov N.G. Investigation of the stressed state of the rock mass at the ore deposits of Kyrgyzstan // Applied problems of rock mechanics. M.: Nauka, 1977. pp.26-27.

15. Bolikov V.E., Pol V.G. Ensuring the stability of mine workings in shock-hazardous conditions // Mining information and analytical bulletin. 2003. No. 5. pp. 121-122.

УДК 532.546

ИНЖЕКЦИЯ ПЕРЕГРЕТОГО ВОДЯНОГО ПАРА В ПОРИСТЫЙ

ПЛАСТ, НАСЫЩЕННЫЙ В ИСХОДНОМ СОСТОЯНИИ МЕТАНОМ И ЕГО ГИДРАТОМ

М.К. Хасанов, М.В. Столповский

Представлена математическая модель инжекции перегретого водяного пара в пористую среду, насыщенную в исходном состоянии газом (метаном) и его гидратом. Математическая модель строится в предположении формирования в пласте четырех областей, в которых содержатся пар, сконденсированная вода, газогидрат и продукты его разложения, а также трех подвижных границ, разделяющих эти области и движущихся вглубь пласта. Установлено, что при низких значениях исходной температуры системы реализуется режим, соответствующий слиянию границы вытеснения метана и фронта разложения газогидрата. Показано, что рост температуры инжектируемого пара приводит лишь к увеличению координаты конденсации пара, в то время как рост значений исходной гидратонасыщенности - к уменьшению координаты разложения.

Ключевые слова: газогидрат, водяной пар, фазовый переход, граница разложения.

Исследования природных скоплений газовых гидратов, представляющих собой твердые кристаллические соединения воды и газа, в настоящее время обусловлены, в первую очередь, тем, что они являются резервуаром достаточно большого количества природного газа, в основном метана [1-3]. Этому факту способствует также неглубокое залегание природных газогидратов, а также высокая концентрация газа в них [4]. Следует отметить, что на сегодняшний день в промышленном масштабе разработка газогидратных месторождений нигде в мире не ведется. Это

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.