CC BY
29
УДК 622.2
МОНИТОРИНГ УСТОЙЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ
Н.М. Качурин, И.А. Афанасьев, В.В.Тарасов, П.П. Стась
В результате экспериментальных и теоретических исследований были уточнены закономерности взаимодействия вертикальных стволов калийных рудников с породным массивом, что позволяет давать прогнозную оценку последствий нарушения проектов строительных геотехнологий и разрабатывать эффективные мероприятия по восстановлению крепи и обеспечению безопасной эксплуатации стволов. При этом в процессе строительства вертикальных стволов происходят отклонения от проектов без моделирования возможных последствий таких нарушений проектов. Однако для прогнозной оценки последствий нарушения проектов строительных геотехнологий и разработки эффективных рекомендаций по восстановлению и обеспечению безопасной эксплуатации стволов необходимо использовать систему контрольно-измерительного мониторинга материала крепи и математическое моделирование ее напряженно-деформированного состояния.
Ключевые слова: вертикальный ствол, крепь, мониторинг, математическое моделирование, метод конечных элементов, напряженно-деформированного состояние.
Вертикальные стволы шахт являются многоцелевыми выработками, т.е. они предназначены для выполнения весьма разнообразных функций (подъема полезного ископаемого и породы, спуска и подъема людей и материалов, подачи и выдачи из шахты воздуха и т.д.). Поэтому в основу проектирования сечения вертикального ствола должны быть положены функциональные технологические процессы, которые будут производиться в стволе. Практика строительства стволов калийных рудников на Верхнекамском месторождении показывает, что эффективное проектирование и дальнейшее строительство основываются на закономерностях взаимодействия вертикальных стволов калийных рудников с породным массивом. При этом в процессе строительства вертикальных стволов происходят отклонения от проектов без моделирования возможных последствий таких нарушений проектов. Однако для прогнозной оценки последствий нарушения проектов строительных геотехнологий и разработки эффективных рекомендаций по восстановлению и обеспечению безопасной эксплуатации стволов необходимо использовать систему контрольно-измерительного мониторинга материала крепи, а также математическое моделирование ее напряженно-деформированного состояния [1-3].
Получение достоверных прогнозных оценок должно основываться на 3-0 моделях напряженно-деформированного состояния породного массива и крепи с учетом фактора времени. Особую сложность представляют технологии специальных способов проходки с искусственным замораживанием обводненных пород. Адекватные модели взаимодействия крепи ство-
лов с ледопородным массивом позволят воспроизводить динамические процессы изменения напряженно-деформированного состояния как при замораживании обводненных пород, так и при размораживании ледопородно-го ограждения. Следовательно, взаимодействие вертикальных стволов с породным массивом и оценка последствий при нарушении проектов строительных геотехнологий являются весьма актуальными научно-техническими задачами.
В результате комплексных исследований были получены прогнозные оценки горного давления, изучены физико-механические свойства существующих конструкции крепи стволов. Выполнено математическое моделирование искусственного оттаивания ледопородного ограждения и формирования напряженно-деформированного состояния чугунно-бетонной крепи клетевого и скипового стволов Усть-Яйвинского рудника ПАО «Уралкалий», которые являлись главным объектом натурных исследований. Также осуществлено имитационное моделирование динамики деформаций и нормальных тангенциальных напряжений в тюбинговой крепи для реально существовавших технологических условий искусственного оттаивания ледопородного ограждения [4, 5].
Установлены отклонения от проекта, влияющие на обеспечение устойчивости крепи скипового ствола №1 и клетьевого ствола №2 Усть-Яйвинского рудника и их длительной эксплуатации. Детально изучены допущенные при строительстве стволов нарушения и отклонения от проекта, влияющие на конструктивную надежность и безопасность эксплуатации стволов. Изучены причины возникновения нарушений и отклонений, их влияние на характеристики объекта и возможность эксплуатации, а также рекомендации по приведению стволов в состояние, пригодное для безопасной эксплуатации.
Натурные исследования крепи скипового ствола №1 позволили выявить 17 дефектных тюбингов. Все дефектные тюбинги скипового ствола №1 подлежат замене. В соответствии с актом осмотра дефектных тюбингов в стволе № 2 при осуществлении плановых работ в интервале тюбинговых колец № 165-167 были обнаружены горизонтальные трещины в семи тюбинговых сегментах (а всего на тот момент в стволе № 2 обнаружен 31 дефектный тюбинг). Все дефектные тюбинги скипового ствола №2 подлежат замене. Всего на данный момент в стволах № 1 и № 2 Усть-Яйвинского рудника обнаружены 48 дефектных тюбингов, которые подлежат обязательной замене. Герметизацию дефектных тюбингов осуществлять нецелесообразно, так как дефектные тюбинги утратили паспортную несущую способность и никакая герметизации ее не восстановит. Причинами возникновения дефектов тюбингов в стволе № 1 и № 2 являлись отклонения от проекта [6].
Усть-Яйвинский участок расположен в южной части Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей и граничит с севера, во-
стока и юга с Березниковским, Дурыманским, Балахонцевским и Палашер-ским участками. С запада участок ограничен запасами калийных солей. В соляной толще наиболее слабыми являются карналлитовые породы, прочность которых составляет около 5...6 МПа. Верхнекамское месторождение отличается ярко выраженным слоистым строением, которое осложнено складчатостью различного ранга. К структурам первого порядка относятся поднятия, валы, мульды и прогибы. В пределах Усть-Яйвинского участка к таким структурам относятся Березниковское поднятие и Камский прогиб, которые на исследуемой площади характеризуются северо-восточной и северо-западной ориентировкой. Осложняющие их складки более мелкого порядка субпараллельны поднятию и прогибу [7].
Особенностью Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС), в том числе и Усть-Яйвинского участка, является высокая водообильность водоносных горизонтов, залегающих над толщей соляных пород. Для рудников ВКМКС основным риском является опасность прорыва поверхностных и подземных вод в горные выработки. Налегающие породы, составляющие водозащитную толщу и отделяющие водоносные горизонты от продуктивных пластов силивинит-карналлитовой зоны, должны сохранять свою сплошность на весь срок службы рудника. Поэтому все выработки, пересекающие водозащитную толщу (геологоразведочные скважины, шахтные стволы), являются потенциальными каналами для проникновения вод в подземные горные выработки.
При сооружении стволов должна обеспечиваться полная гидроизоляция соляного массива от водоносных горизонтов, что достигается использованием комплекса специальных технических мероприятий.
Вскрытие калийных пластов на рудниках ВКМКС осуществляется проходкой вертикальных стволов с замораживанием пород водоносных горизонтов, тщательным тампонажем пространства между крепью и массивом пород, устройством специальных гидроизолирующих замков (кейль-кранцев), использованием на участке залегания водоносных горизонтов чугунной тюбинговой крепи с герметизацией всех соединений и рядом других мер [8].
Вскрытие шахтного поля Усть-Яйвинского рудника предусмотрено двумя вертикальными стволами. Один из них - скиповой (воздухоподаю-щий), другой - клетевой (вентиляционный). Проектными решениями ранее выполненной документации на строительство рудника принята центрально-отнесенная схема вскрытия со смещением стволов в северо-восточном направлении от центра шахтного поля в район геологоразведочной скважины № 784. Стволы располагаются на расстоянии 151,3 м друг от друга.
Алгоритм прогнозной оценки взаимодействия вертикальных стволов с породным массивом Усть-Яйвинского рудника основывался на использовании методам конечных элементов. При этом область, в которой ищется решение дифференциальных уравнений, разбивается на конечное
количество подобластей (элементов). В каждом из элементов произвольно выбирается вид аппроксимирующей функции. В простейшем случае это полином первой степени. Вне своего элемента аппроксимирующая функция равна нулю. Значения функций на границах элементов (в узлах) являются решением задачи и заранее неизвестны. Коэффициенты аппроксимирующих функций обычно ищутся из условия равенства значения соседних функций на границах между элементами (в узлах). Затем эти коэффициенты выражаются через значения функций в узлах элементов. Составляется система линейных алгебраических уравнений. Количество уравнений равно количеству неизвестных значений в узлах, на которых ищется решение исходной системы, прямо пропорционально количеству элементов и ограничивается только возможностями ЭВМ. Так как каждый из элементов связан с ограниченным количеством соседних, система линейных алгебраических уравнений имеет разрежённый вид, что существенно упрощает её решение [9 - 10]. Если говорить в матричных терминах, то собираются так называемые матрицы жёсткости (или матрица Дирихле) и масс. Далее на эти матрицы накладываются граничные условия (например, при условиях Неймана в матрицах не меняется ничего, а при условиях Дирихле из матриц вычёркиваются строки и столбцы, соответствующие граничным узлам, так как в силу краевых условий значение соответствующих компонент решения известны). Затем собирается система линейных уравнений и решается одним из известных методов. С точки зрения вычислительной математики идея метода конечных элементов заключается в том, что минимизация функционала вариационной задачи осуществляется на совокупности функций, каждая из которых определена на своей подобласти, для численного анализа системы позволяет рассматривать его как одну из конкретных ветвей диакоптики общего метода исследования систем путём их расчленения. Пусть в одномерном пространстве Р1 необходимо решить следующее одномерное дифференциальное уравнение для нахождения функции и на промежутке от 0 до 1. На границах области значение функции и равно 0:
и"(х) = /(х) т(0,1)/I
и (0 ) = и (1) = 0,|
где/ - известная функция; а и - неизвестная функция от х; и"- вторая производная от и по х.
Решение поставленной задачи методом конечных элементов разобьём на 2 этапа:
1) переформулируем граничную задачу в так называемую слабую (вариационную) форму, на этом этапе вычислений почти не требуется;
2) на втором этапе разобьём слабую форму на конечные отрезки-элементы.
Р1
После этого возникает проблема нахождения системы линейных алгебраических уравнений, решение которой аппроксимирует искомую функцию. Если и есть решение, то для любой гладкой функции V, которая удовлетворяет граничным условиям V = 0 в точках х = 0 и х = 1, можно записать следующее выражение:
1 1
| / (х) V (х) йх = | и" (х) V (х) йх. (2)
0 0
С помощью интегрирования по частям преобразуем выражение (2) к следующей форме:
1 1 11
|/(х)V(х)йх = |и"(х)V(х)йх = и'(х)V(х)|о -1и'(х)V'(х)йх =
1
= и' ( х ) V' (х) йх = -ф( иV ).
(3)
Оно получено с учётом того, что V (0) = V (1) = 0 . Разобьём область, в которой ищется решение и е Н0 такое, что
1
Vv еН0, -ф(и^) = | / (х) v(x) йх,
(4)
иV ) = / ( х ) V ( х ,
0
на конечные промежутки и получим новое пространство V, и е V такое, что
1
Vvе V, -ф(и^) = |/(х)V(х)йх,
(5)
)= ; ( х ) V ( х )
0
где V - кусочная область пространства Н0. Есть много способов для выбора базиса V . Выберем в качестве базисных функций такие ук, чтобы они представлялись прямыми линиями (полиномами первой степени):
( х )■■
х х-
к-1
хк хк-1
хк+1 х хк+1 - хк
х е [хк-1 ,хк ] ' [ хк,хк+1 ] '
х
0, х хк-1 ,хк+1 ] .
(6)
Если теперь искомое приближённое решение представить в ви-
п—1
де и (х ) = ^ икук (х), а функцию f (х) - как / (х ) = ^ /кУк (х), то с помощью
к=1
к=0
выражения (4) можно получить следующую систему уравнений относи-
тельно искомых ик:
0
п—1 п х
ф(^)=Ел|^> ]=1, -,п- (7)
к=1 к=0 0
Нагрузка на крепь складывается из составляющей горного давления и гидростатического давления. Горное давление определяется на основании параметров горных пород, установленных в ходе лабораторных исследований образцов пород. Расчет начального напряженного состояния горного массива производился аналитическим и численным методами (табл. 1).
Таблица 1
Абсолютные и относительные отклонения при расчетах аналитическим и численным методами
Наименование толщи Горное давление Напряжения на внутреннем контуре Напряжения на внешнем контуре
А, МПа % А, МПа % А, МПа %
Пестроцветная толща 0,06 10,16 0,153 1,18 0,376 2,98
Терригенно-карбонатная толща 0,1 10,52 1,64 9,13 1,056 6,05
Терригенно-карбонатная толща 0,05 4,58 2,465 12,49 2,032 10,60
Терригенно-карбонатная толща 0,06 4,83 2,264 10,46 1,185 5,63
Терригенно-карбонатная толща 0,15 7,69 0,173 0,53 1,697 5,38
Терригенно-карбонатная толща 0,03 1,38 0,529 1,50 0,561 1,64
Покровная каменная соль 0,11 2,61 0,188 0,31 1,875 3,28
Подстилающая каменная соль 0,21 3,74 0,055 0,21 1,554 6,98
Для определения начального напряженного состояния массива (горного давления) численным методом был смоделирован массив пород, который разделен на 10 слоев. В качестве интегральной характеристики устойчивости тюбинговых колон вертикальных стволов рекомендовано использовать коэффициент запаса прочности [11, 12].
Максимальное напряжение растяжения в тюбинге определяют по результатам моделирования напряженно-деформированного состояния тюбингового кольца. Если коэффициент запаса прочности больше единицы, то предел прочности не превышен и все сегменты тюбингового кольца не имеют дефектов. Если же коэффициент запаса прочности меньше единицы, то предел прочности превышен, и некоторые сегменты тюбингового кольца имеют дефекты разрушения. Из табл. 1 видно, что абсолютные отклонения при расчете горного давления не превышают значения 0,21 МПа,
а относительные - 10,52 %. При определении значений нормальных тангенциальных напряжений на внутреннем контуре сечения крепи абсолютные отклонения не превышают 2,465 МПа, а относительные - 12,45 %. Также видно, что при определении значений нормальных тангенциальных напряжений на внешнем контуре сечения крепи абсолютные отклонения не превышают 2,023 МПа, а относительные - 10,60 %. Указанные отклонения свидетельствуют о хорошем совпадении результатов моделирования напряженно-деформированного состояния крепи двумя методами.
Рис. 1. Нормальные тангенциальные напряжения в крепи ствола, рассчитанные численным методом. Тюбинг 30 мм, пестроцветная толща, глубина 55,9 м. Напряжения в ребрах -13,10 МПа,
в спинке -12,2 МПа
Рис. 2. Запас прочности по теории Мора - Кулона
Примеры результатов моделирования напряженно-деформированного состояния тюбинговых колец и опорных венцов клетьевого ствола №2 представлены на рис. 2, 3. Прогноз последствий нарушения технологии искусственного оттаивания ледопородного ограждения при строительстве вертикальных стволов также целесообразно осуществлять с использованием алгоритма конечных элементов. Это подтверждается результатами исследований по стволам Усть-Яйвинского калийного рудника. При реализации технологии искусственного оттаивания ледопородного ограждения в клетьевом стволе №2 были допущены следующие отклонения от проекта:
- выход из строя 25 замораживающих скважин из 45, предусмотренных проектом (для сведения - по стволу №1 из строя вышли 17 замораживающих колонок);
- утечка хлористого кальция, который являлся хладагентом, в массив горных пород;
- избыточное гидростатическое давление подземных вод на отдельные участки крепи ствола;
- скачки температуры хладагента, что вызвало скачки температуры замороженного массива (рис. 3).
Temperature Total Type: Temperature Unit:'С
Time: 15984000 19.06.201712:48
2,500 7,500
Рис. 3. Температурное поле бетонной крепи и ледопородного ограждения. 185-й день искусственного оттаивания
В качестве базовой теории прочности при оценке несущей способности тюбинговой крепи использована теория прочности Мора - Кулона.
Для практических расчетов следует использовать данную теорию для материалов, различно сопротивляющихся растяжению и сжатию, что полностью соответствует. Результаты моделирования температурных полей в ледопородном ограждении и крепи, а также напряженно-деформированного состояния тюбинговой крепи наглядно свидетельствуют о том, что при увеличении градиента температуры тюбингового кольца коэффициент запаса прочности уменьшается.
Динамика коэффициентов запаса прочности (согласно теории Мора - Кулона) для скипового ствола № 1 и клетьевого ствола № 2 представлена на рис. 4, 5.
-Коэф-тзапаса прочности (теория Мора-Кулона)
-Коэф-тзапаса прочности при равномерной разморозке
3 ...
0,5
о
О
1 3 5 7 9 11 13 15 17 31 45 59 73 87 101 115 129 143 157 171
Сутки
Рис. 4. Динамика коэффициента запаса прочности тюбингового кольца №116 крепи скипового ствола №1 для марки чугуна ВЧ-40
-Коэф-тзапаса прочности (теория Мора-Кулона)
-Коэф-тзапаса прочное™ при равномерной разморозке
7
О
1 3 5 7 9 11 13 15 17 31 45 59 73 87 101 115 129 143 157 171
Сутки
Рис. 5. Динамика коэффициента запаса прочности тюбингового кольца №166 крепи клетьевого ствола №2 для марки чугуна ВЧ-40
При 21 работающей скважине поле напряжений в тюбинговой крепи клетьевого ствола №2 на 73-е сутки размораживания характеризуется максимальными значениями напряжений, а коэффициент запаса прочности приобретает минимальное значение. Величина нормальных тангенциальных напряжений достигает 54,153 МПа в ребрах тюбингов и 34,857 МПа в спинке, что в 2 раза больше, чем было бы при равномерном размораживании.
Качественно аналогичная физическая картина наблюдается на всем этапе размораживания как в клетьевом стволе №2, так и в скиповом стволе №1. По мере увеличения градиента температуры в тюбинговом кольце и, как следствие, возникновения неравномерных нагрузок в виде гидростатического давления подземных вод увеличиваются напряжения в крепи. Наибольший рост напряжений наблюдается в период с 17-е по 87-е сутки. Далее по мере окончательного разрушения ледопородного заграждения, происходит выравнивание поля напряжений в тюбинговом кольце до значений, которые наблюдались бы при равномерном размораживании и когда имели бы место равностороннее сжатие и отсутствие растягивающих напряжений [13-15].
С 80-е по 185-е сутки происходит плавное увеличение коэффициента запаса прочности тюбингового кольца. В этот период происходят полное размораживание ледопородного заграждения, выравнивание температурного поля крепи (тюбингового кольца и бетона) и законтурного массива. Как следствие, гидростатическое давление подземных вод становится равномерным по всему контуру крепи, что приводит к выравниванию напряжений, т.е. начинается равностороннее сжатие без растягивающих напряжений. Значение коэффициента запаса прочности на указанном отрезке времени увеличивается с 0,821 до 3,785. При этом значение 3,785 достигается на 129-е сутки размораживания (ледопородное заграждение разрывается) и далее стабилизируется на данной отметке.
Влияние марки чугуна тюбингов оказывается не настолько существенным, чтобы обеспечить сохранение несущей способности тюбингов при нарушении технологии искусственного размораживания ледопородно-го ограждения (табл. 2).
Особо следует отметить, что значения коэффициента запаса прочности показывают возможность разрушения практически во всех тюбинговых сегментах стволов Усть-Яйвинского рудника. Наряду с выявленными разрушениями тюбингов при визуальном обследовании наверняка имеют место невыявленные микротрещины без водопроявлений. Коэффициенты концентрации напряжений в таких микротрещинах могут достигать нескольких тысяч, и эти микротрещины будут расти уже при действующих нагрузках. Это подтверждается результатами визуального обследования крепи стволов Усть-Яйвинского рудника. Количество визуально наблюда-
емых разрушений тюбингов увеличилось по сравнению с предыдущими натурными исследованиями.
Таблица 2
Влияние марки чугуна тюбингов на минимальное значение коэффициента запаса прочности тюбингового кольца при неравномерном размораживании ледопородного ограждения
Минимальное значение коэффициента
№ Название запаса прочности тюбингового кольца
пп. ствола при следующих марках чугуна тюбингов
ВЧ40 ВЧ50 ВЧ60
1 Скиповой ствол №1 0,754 0,903 1,062
2 Клетьевой ствол №2 0,674 0,821 0,974
Исследования фактического качества использованных материалов, состояния крепи клетьевого и скипового стволов, а также результаты расчетов и 3Б-моделирования устойчивости чугунно-бетонной крепи и бетонной крепи в соляных породах клетевого ствола Усть-Яйвинского рудника по всей его глубине ствола позволили оценить риски, исходя из фактического качества выполненных строительно-монтажных работ и фактического качества использованных материалов.
Разработка общих рекомендаций по обеспечению устойчивости крепи стволов основывается на выявленных причинах несоответствия качества их крепления, обусловленных как несогласованными отступлениями от проекта, так и нерациональными техническими решениями, принятыми в проекте. Это позволяет разработать Перечень организационных и технических мероприятий, необходимых для обеспечения устойчивости крепи вертикальных стволов и их безаварийной эксплуатации.
Список литературы
1. Тарасов В.В., Чагинов А.В. Обеспечение устойчивости крепи на сопряжении вертикального ствола с горизонтальными выработками в сложных горно-геологических условиях Верхнекамского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 4. С. 81-85.
2. Комплексная диагностика состояния бетонной крепи шахтных стволов калийных рудников / А.А. Жуков, А.М. Пригара, В.В. Тарасов, Р.И. Царев // Горный журнал. 2014. № 4. С. 85-87.
3. Ольховиков Ю.П., Тарасов В.В., Пестрикова В.С. Особенности поддержания в безопасном состоянии крепи шахтных стволов Верхнекамского месторождения, установленной в карналлитовых породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 5. С. 30-34.
4. Ольховиков Ю.П., Тарасов В.В., Пестрикова В.С. Обзор аварийных ситуаций, возникших на Верхнекамском калийном месторождении при проходке шахтных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 5. С. 23-29.
5. Аптуков В.Н., Тарасов В.В. Оценка влияния негативных факторов на ослабление бетонной крепи шахтных стволов в соляных породах // Известия вузов. Горный журнал. 2015. № 1. С. 47-52;
6. Тарасов В.В., Кошев Г.Н., Загвоздкин И.В. О решении проблем безопасности при строительстве вертикальных стволов на калийных месторождениях // Безопасность труда и промышленная безопасность. 2015. № 8. С. 64-67.
7. Пестрикова В.С., Тарасов В.В. Исследование распределения скорости коррозионного износа элементов жесткой армировки на примере шахтных стволов Соликамского калийного рудоуправления № 3 Верхнекамского месторождения калийных солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 8. С. 326-332.
8. Тарасов В.В., Иванов О.В. Реконструкция бетонной крепи шахтного ствола № 3 рудника БКПРУ-2 ПАО «Уралкалий» в условиях непрерывно действующего производства // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 9. С. 303 - 315.
9. О решении проблем безопасности при строительстве вертикальных стволов на калийных месторождениях в период оттаивания ледопо-родного месторождения / В.В. Тарасов, Г.Я. Кошев, И.В. Загвоздкин, А.В. Чагинов, П.В. Николаев // Безопасность труда и промышленная безопасность. 2016. № 9. С. 55-59.
10. Охрана сопряжений шахтных стволов с примыкающими выработками в соляных породах / В.А. Соловьев, В.Н. Аптуков, В.В. Тарасов, Е.К. Котляр // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 3. С. 18-23.
11. Пестрикова В.С., Тарасов В.В. О расчете предельно допустимого коррозионного износа балок расстрелов в действующих стволах калийный рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 10. С. 157 - 160.
12. Выявление причин деформации крепи подземного, общешахтного бункера / В.В. Тарасов, В.С. Пестрикова, И.А. Афанасьев, С.Л. Суш-ков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 133-144;
13. Тарасов В.В., Пестрикова В.С., Иванов О.В. Способ ликвидации прорыва воды через тюбинговую крепь при замене дефектных тюбингов // Горный информационно-анали-тический бюллетень. 2017. № 11. С. 53 - 58.
14. Охрана общешахтных бункеров в соляных породах калийных рудников / В.В. Тарасов, В.А. Соловьев, В.Н. Аптуков, Е.К. Котляр // Горный журнал. 2019. № 7. С. 96-99.
15. Способ комплексной диагностики состояния бетонной крепи и закрепного пространства шахтных стволов: пат. 2624799 РФ. № 2011110331/03; заявл. 18.05.2016; опубл. 06.07.2017. Бюл. №19. 5 с.
Качурин Николай Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ecologytsu _ tula@, mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Афанасьев Игорь Александрович, канд. техн. наук, инженер, igor.afanasiev 1983@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пестрикова Варвара Сергеевна, ст. науч. сотрудник, Varvara.Pestrikova@ uralkali.com, Россия, Пермь, Акционерное общество «ВНИИ Галургии»,
Стась Павел Павлович, асп., ecology tsu _ tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MONITORING THE STABILITY OF VERTICAL SHAFT FOR POTASSIUM MINES N.M. Kachurin, I.A. Afanasyev, V. V. Tarasov, P.P. Stas
As a result of experimental and theoretical studies, the regularities of the interaction of vertical shafts of potash mines with the rock mass were clarified, which allows predictive assessment of the consequences of violations of construction geotechnology projects and to develop effective measures to restore lining and ensure safe operation of shafts. At the same time, during the construction of vertical shafts, deviations from projects occur without modeling the possible consequences of such violations of projects. However, for a predictive assessment of the consequences of violations of construction geotechnology projects and the development of effective recommendations for the restoration and ensuring the safe operation of shafts, it is necessary to use a system of control and measuring monitoring of the support material, and mathematical modeling of its stress-strain state.
Key words: vertical shaft, support, monitoring, mathematical modeling, finite element method, stress-strain state.
Kachurin Nikolai Mihailovich, doctor of technical sciences, full professor, head of chair, ecology tsu _tula@ mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Afanasiev Igor Alexandrovich, candidate of technical sciences, engineer, igor. afa-nasiev1983@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Pestrikova Varvara Sergeevna, senior researcher, Varvara. Pestrikova@uralkali. com, Russia, Perm, Joint-Stock Company "VNII Galurgii",
Stas Pavel Pavlovich, postgraduate, ecology tsu _tula@ mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Tarasov V. V., A. V. Chugunov sustainability of support in the pair of vertical trunk with horizontal workings in difficult mining and geological conditions of Verkh-nekamsk // Mining information-analytical Bulletin. 2014. no. 4. Pp. 81-85.
2. Complex diagnostics of the state of concrete support of mine shafts of potash mines / A. A. Zhukov, a.m. Prigara, V. V. Tarasov, R. I. Tsarev / / Gorny Zhurnal. 2014. no. 4. Pp. 85-87.
3. Olkhovikov Yu. P., Tarasov V. V., Pestrikova V. S. Features of maintaining in a safe state the support of mine shafts of the Verkhnekamskoye field installed in carnallite rocks // Gorny information and analytical Bulletin. 2015. No. 5. Pp. 30-34.
4. Olkhovikov Yu. P., Tarasov V. V., Pestrikova V. S. Review of emergency situations that occurred at the Verkhnekamskoye potash Deposit during the sinking of mine shafts // Gorny information and analytical Bulletin. 2015. no. 5. Pp. 23-29.
5. Aptukov V. N., Tarasov V. V. Evaluation of the influence of negative factors on the weakening of the concrete support of mine shafts in salt rocks // Izvestiya vuzov. Mining journal. 2015. No. 1. Pp. 47-52;
6. Tarasov V. V., Koshev G. N., Zagvozdkin I. V. on solving safety problems in the construction of vertical shafts in potash deposits // labor Safety and industrial safety. 2015. no. 8. Pp. 64-67.
7. Pestrikova V. S., Tarasov V. V. Investigation of the distribution of corrosion wear of rigid reinforcement elements on the example of mine shafts of the Solikamsk potash ore management No. 3 of the Verkhne-Kama potash salt Deposit // Gorny information and analytical Bulletin. 2016. no. 8. Pp. 326-332.
8. Tarasov V. V., Ivanov O. V. Reconstruction of the concrete support of the mine shaft No. 3 of the BKPRU-2 mine of Uralkali PJSC in the conditions of continuous production / / Mining information and analytical Bulletin. 2016. No. 9. S. 303 - 315.
9. on solving safety problems in the construction of vertical shafts on potash deposits during the thawing of the ice field / V. V. Tarasov, G. Ya. Koshev, I. V. Zagvozdkin, A.V. Chaginov, P. V. Nikolaev // labor Safety and industrial safety. 2016. no. 9. Pp. 55-59.
10. Solov'ev V. A., Aptukov V. N., Tarasov V. V., Kotlyar E. K. Protection of mine shaft junctions with adjacent outgrowths in salt rocks // Izvestiya vuzov. Mining journal. 2017. no. 3. Pp. 18-23.
11. Pestrikova V. S., Tarasov V. V. on the calculation of the maximum permissible corrosion wear of shooting beams in active shafts of ka-liyny mines // Gorny information and analytical Bulletin. 2017. No. 10. P. 157 - 160.
12. Identification of the causes of deformation of the support of the underground, General guard bunker / V. V. Tarasov, V. S. Pestrikova, I. A. Afanasiev, S. L. Sushkov // Izvestiya of the Tula state University. earth science. 2017. Issue 1. Pp. 133-144;
13. Tarasov V. V., Pestrikova V. S., Ivanov O. V. Method for eliminating water break through the tubing support when replacing defective tubing // Gorny information and analytical Bulletin. 2017. no. 11. Pp. 53-58.
14. Protection of General shaft bunkers in salt rocks of potash mines / V. V. Tarasov, V. A. Solovyov, V. N. Aptukov, E. K. Kotlyar // Gorny Zhurnal. 2019. No. 7. Pp. 96-99.
15. Method of complex diagnostics of the state of concrete support and fixed space of mine shafts: Pat. 2624799 RF. No. 2011110331/03; application 18.05.2016; publ. 06.07.2017. Byul. no. 19. 5 p.
