CC BY
1
УДК 622.831
ПРОГНОЗ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ УДАРООПАСНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА КАМЕННОЙ СОЛИ
Е.Л. Сосновская, А.Н. Авдеев
Изложены результаты геомеханических исследований с целью прогноза потенциальной удароопасности при разработке пласта соли № 5 Тыретского солерудни-ка, расположенного в Восточной Сибири. Проанализированы горногеологические и горнотехнические особенности разработки месторождения, которые могут повлиять на потенциальную удароопасность на руднике. Установлены ключевые геомеханические факторы: влажность, слоистость, глубина разработки, сроки службы и геометрические параметры выработок и целиков. Проведены в шахтных условиях измерения естественно-природного и техногенного напряженно-деформированного состояния методом щелевой разгрузки по методике ИГД УрО РАН. Установлены гидростатический характер распределения первоначальных напряжений и затухающий пластический характер техногенных напряжений в приконтурном массиве горных капитальных и подготовительных выработок. Проведено моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния в целиках и на контуре очистных камер, на базе которого подтвержден затухающий пластический характер деформирования приконтурного массива очистных камер, междукамерных и междупанельных целиков. Проведено геодинамическое районирование месторождения методами мор-фоструктурного, линеаментного, гидрографического анализа рельефа земной поверхности и космофотоматериалов. Сейсмических и горно-тектонических ударов, по данным геодинамического районирования, на руднике не прогнозируется. На основании анализа результатов исследований установлено, что рудник в настоящее время не склонен ни к горным ударам, ни к незатухающим пластическим деформациям во времени. Основные методы исследований рекомендуется использовать при изучении геомеханических условий и прогнозе опасных проявлений горного давления на аналоговых соляныхрудниках, отрабатываемых подземным способом.
Ключевые слова: подземные горные работы, соляной пласт, большие глубины, природные напряжения, техногенные напряжения, деформации, реологические свойства, прогноз удароопасности.
Введение. Тыретское месторождение каменной соли находится в Восточной Сибири, в Заларинском районе Иркутской области, возле рабочего поселка Тыреть. Запасы каменной соли относятся к Ангаро-Ленскому соленосному бассейну. Месторождение открыто в 50-х годах 20-го века, строительство рудника закончилось к 1985 г. В отработке находится пласт № 5, залегающий на значительной глубине от земной поверхности (550 м) [1].
В соответствии с горно-геологическими и гидрогеологическими условиями отработка пласта № 5 осуществляется камерной системой разработки (рис. 1), выемка пласта - очистными комплексами, включающими комбайны Урал 10/20 КСА и самоходные вагоны. Длина панели составляет около 900 м, ширина - 135 - 190 м. В качестве мер защиты от затопления
оставляются опорные целики. Ширина оставляемых междукамерных целиков - 24 м, межпанельных - 40 м [2].
и
С* 1-17
<Ж 1-Я
24 ы
мкц
"Панель
<х1-гз
ж
т.
40 ы
ЛШЦ
аг т-и
3=
Панель
аи-17_
В-В
1
Рис. 1. Элементы камерной системы отработки пласта № 5 в плане и разрезе: междупанельные (МПЦ) и междукамерные (МКЦ) целики;
очистные камеры, панели
Дополнительно, учитывая сложную гипсометрию контактов соли и вмещающих пород, в кровле пласта оставляется защитный слой средней мощностью 2,5 м, в почве - 0,5 м. С учетом оставляемых защитных слоев, средняя выемочная мощность рудного тела составляет 13,6 м.
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности требуют, чтобы на разрабатываемых месторождениях твердых полезных ископаемых должны быть выполнены работы по выявлению склонности пород к горным ударам, газо- и геодинамическим проявлениям. Тыретское месторождение, с 1997 г, признано негазоносным. На руднике, с привлечением специализированных организаций (ОАО «Галургия», ВНИМИ, ЦНТ «Соль», ВостНИИ, ИрНИТУ (ИПИ), ВНИИсоль, УрО РАН, ВНИИГ и др.) проводились многолетние регулярные наблюдения за процессами сдвижения земной поверхности и деформациями конструктивных элементов системы разработки, уточнялись прочностные и деформационные свойства образцов руды (галита) и вмещающих пород (известняков и доломитов). Однако, геодинамических и геомеханических исследований с
целью оценки степени удароопасности на руднике до 2023 г. не проводилось. Поэтому на руднике возникла актуальная необходимость провести соответствующие исследования с целью выявления опасных геомеханических факторов и установления категории удароопасности при отработке пласта каменной соли.
Методы. В процессе исследований были проанализированы горногеологические и горнотехнические особенности разработки месторождения, которые влияют на развитие геомеханической ситуации на руднике. Проанализирован опыт геомеханических исследований как на самом руднике [3], так и на месторождениях-аналогах, сложенных соляными и соле-носными породами [4 - 7 и др.]. Выполнено геодинамическое районирование месторождения методами морфоструктурного, линеаментного, гидрографического анализа рельефа земной поверхности и космофотома-териалов [8,9]. Проведены измерения естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород методом щелевой разгрузки по методике ИГД УрО РАН [10].
Проведены исследования напряженно-деформированного состояния в элементах геотехнологии: капитальных выработках околоствольного двора, подготовительно-нарезных выработках, междупанельных и междукамерных целиках, кровле и почве очистных камер. Исследования проведены методами натурных измерений (щелевой разгрузкой) и конечно-элементного моделирования [10, 11]. Моделирование осуществлялось в сертифицированном программном комплексе FEM, разработанном проф. О.В. Зотеевым
Критерии прогноза опасных проявлений горного давления на соляных рудниках. При определении потенциальной удароопасности на рудниках основными факторами, наиболее влияющими на опасные проявления горного давления в динамических формах, традиционно являются: наличие пород и руд с высокими упругими свойствами, способных к хрупкому разрушению под нагрузкой; действие в массиве горных пород значительных гравитационно-тектонических напряжений; достижение критических глубин по динамическим проявлениям горного давления (горным ударам).
Однако в массивах соляных и соленосных пород (галиты, сильвиниты, карналлиты и др.) разрушение происходит по иному принципу. Соляные и соленосные породы склонны к пластическому разрушению под воздействием длительной нагрузки (т.е. имеют высокие реологические свойства) [12 - 14]. Мгновенное хрупкое разрушение возможно лишь при приложении высокой ударной нагрузки. На соляных рудниках горное давление преимущественно проявляется в статических пластических формах: интенсивной ползучести приконтурных пород, в результате которой происходит конвергенция контура выработки; расслоения и отслоения пород по поверхностям ослабления в виде глинистых прослоек и контактов меж-
ду отдельными слоями. Наблюдаемые деформации в соляных породах на подземных рудниках обычно релаксируют (снижаются) во времени, причем наиболее интенсивно - в местах их наибольшей первоначальной концентрации [5, 7]. Однако снижение деформационных процессов во времени в соляных массивах характерно только до определенных глубин. На больших глубинах в массивах соляных пород возможно не затухание, а усиление деформационных процессов вокруг капитальных выработок, сопровождающееся разрыхлением пород [4]. Сечения выработок при этом значительно уменьшаются, возможно даже полное «заплывание» выработок. Поэтому для соляных массивов существует понятие критических глубин не по горным ударам, а по разрушающим, «ползучим» деформациям.
Результаты исследований
Анализ проектной и рабочей горно-графической документации Ты-ретского рудника, а также опыта работы на аналоговых подземных соляных рудниках позволил установить основные факторы, влияющие на вероятность развития деформационных процессов и опасных проявлений горного давления при выемке пласта каменной соли. Это факторы слоистости, глубины, времени и влажности. Рассмотрим отдельно эти факторы в условиях исследуемого рудника.
Фактор влажности. Известно, что существенное влияние на прочностные свойства соляных пород оказывает их увлажнение. Ряд исследователей (Е.П. Сивоконь, Н.М. Проскуряков и др.) при лабораторных испытаниях получили снижение прочности увлажненных образцов примерно в 2 - 3 раза, а увеличение скорости деформирования в 5 - 10 раз [4].
На Тыретском солеруднике, предусматриваются защитные мероприятия: в кровле и почве оставление предохранительных прослоек толщиной 0,5 - 2,5 м для исключения разубоживания подстилающими породами и ее увлажнения рассолом, выделяющимся из этих пород. По данным регулярных визуальных осмотров, водопроявлений в виде водопритока и капежа в горных выработках и очистных камерах не наблюдается. Однако возможна конденсация влаги на стенках выработок при периодическом сезонном перепаде температур от поступающего вентиляционного воздуха, в результате которой повышается влажность приконтурных пород и активизируются реологические процессы. На Тыретском солеруднике такие неблагоприятные условия возникают в выработках околоствольного двора, используемых для подачи свежей струи воздуха при проветривании. На стенках выработок околоствольного двора наблюдаются характерные «микронаплывы» соли (рис. 2). Стенки визуально отличаются от «сухих» выработок, не подвергавшихся конденсированию влаги. Наблюдается также «выдавливание» отдельных глинистых пиллитизированных прослоек (включений) длиной 5 - 15 см двора Тыретского солерудника, которые более 40 лет сохраняют свою устойчивость без крепления.
Проведенные при участии авторов в феврале 2023 г. натурные из-
мерения напряженно-деформированного состояния в стенках выработок околоствольного двора не показывают развития деформаций во времени, а наоборот, показывают снижение деформаций и напряжений в два раза, по отношению к свежим, недавно пройденным выработкам (таблица). Установлено, что максимальный уровень деформаций и техногенных напряжений на контуре выработок наблюдается в период начальной их эксплуатации. Начальный уровень деформаций составляет 0,6...0,7 %, что ниже предельных разрушающих деформаций, составляющих, по данным лабораторных испытаний, 3.4 %.
а б в
Рис. 2. Микронаплывы от действия вентиляционного конденсата на стенке выработок околоствольного двора Тыретского солерудника (а); «сухие» стенки свежей подготовительной выработки в микронеровностях от резцов добычного комбайна (б); видимое «выдавливание.» отдельных глинистых пиллитизированных прослоек размерами 5 -10 см в приконтурное пространство выработки (в)
Результаты измерений деформаций и техногенных напряжений _на стенках выработок с разным сроком службы_
Выработка Деформации, мкм Напряжения, МП [а
вертикальные горизонтальные вертикальные горизонтальные пол ные
Выработки околоствольного двора (срок службы 40 лет)
Обгонная ветвь № 3 -109,5 -62 -6,7 -3,8 -10,5
Заезд к главному конвейерному штреку -82,5 -36 -5,0 -2,2 -7,2
Выработки со сроком службы менее полугода
Вентиляционный штрек №1-С -174,5 -97 -10,6 -5,9 -16,6
Разрезной штрек камеры 41 -187 -115 -11,4 -7,0 -18,4
Максимальные начальные напряжения достигают значений -19 МПа, что ниже предела «мгновенной», но выше предела длительной прочности галита. К немедленному разрушению выработки такие напряжения не приводят, но приводят к развитию пластических деформаций. В процессе эксплуатации уровень деформаций и техногенных напряжений на контуре выработок постепенно снижается. В выработках околоствольного двора, которые прослужили более 40 лет, уровень техногенных напряжений и вызванных ими деформаций снижается примерно в два раза по сравнению с изначальным уровнем.
В целом, техногенные напряжения релаксируют до значений 7... 11 МПа, что, очевидно, соответствует уровню длительной прочности соляных пород рудника, учитывая устойчивое состояние горных выработок в течение десятилетий.
Очевидно, что при таком развитии геомеханической ситуации, влажностный режим при сезонном перепаде температур от вентиляции не настолько значим, чтобы ослабить устойчивость выработок долговременного стояния.
Фактор слоистости. В любом породном массиве существуют системы так называемых структурных поверхностей ослабления, сопротивление сдвигу по которым существенно меньше, чем по направлениям, не совпадающим с этими поверхностями. В соляных массивах к ним относятся глинистые прослойки различной мощности и контакты слоев (см. рис 2, в). При наличии таких прослоек возможны прогибы кровли выработок и очистных камер с последующим ее обрушением и пучение почвы.
Интенсивность расслаивания в значительной степени зависит от стратиграфического строения соляных пород в окрестности выработки. В данном случае вблизи кровли и почвы выработок и очистных камер пласта № 5 значимые глинистые прослойки, по данным разведочного бурения и эксплуатационной разведки, отсутствуют. Отслоений в кровле и пучения почвы, нарушений сплошности и расслоения целиков пород горного массива, примыкающего к отработанному пространству, не наблюдается. То есть отслоение пород кровли и пучение почвы в горных выработках и очистных камерах в условиях отработки соляного пласта № 5 маловероятны.
Факторы влияния глубины и времени на напряженно-деформированное состояние массива горных пород. Как уже было изложено выше, наблюдаемые деформации при подземной выемке соляных пород снижаются во времени, но до определенной глубины горных работ, ниже которой деформационные процессы усиливаются. Поэтому критерии сроков службы выработок и глубин, на которых эти выработки пройдены, необходимо рассматривать комплексно, на основе анализа изменения напряженно-деформационного состояния приконтурного массива выработок во времени.
На Тыретском солеруднике с начала его эксплуатации для оценки характера деформирования основных конструктивных элементов системы разработки (междукамерных и междупанельных целиков), силами геолого-маркшейдерской службы рудника, а также специализированных организаций (ОАО «Галургия») проводились многолетние инструментальные и визуальные наблюдения за состоянием конструктивных элементов системы разработки. По результатам этих наблюдений было установлено что период активного развития деформаций в кровле очистных камер, на глубине 550 м составляет около 200 суток. По истечении этого периода деформации затухают, но не полностью, а до постоянного уровня 7 мм/год. При этом критические прогибы кровли очистных камер и разрушения сплошности, расслоения в целиках не были зафиксированы.
Для уточнения характера изменения техногенных напряжений и вызываемых ими деформаций в период активного развития и после затухания авторами проведено конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния в элементах камерной системы разработки. Моделирование проведено в упругопластической постановке геомеханической задачи с учетом высоких реологических свойств соляного массива.
По результатам моделирования установлено следующее. Начальные расчетные напряжения и деформации в целиках и на контуре камер меньше предельного разрушающего значения. Полные напряжения на контуре междупанельного и междукамерного целиков, в кровле камер составят в начальный период формирования: в междупанельном целике - 7...-8 МПа, в междукамерном целике -8...-10 МПа, в кровле (почве) камер - 4...-7 МПа. После затухания деформаций полные напряжения в стенках МКЦ составят -0,7...-1,9 МПа, в стенках МПЦ -0,7...-1,5 МПа. В кровле (почве) камер -0,4...-1,9 МПа (рис.3). Коэффициент запаса прочности составит: начальный - в целиках -1.4...-2, в кровле (почве) 3.5...4.6. После затухания деформаций, коэффициент запаса прочности в кровле (почве) камер равен 13, в МКЦ и МПЦ 3...4.
Горизонтальные деформации, в период их максимального развития составят: на контуре целиков -0,003...-0,004, в кровле (почве) камер +0,001...+0,002, т.е. 0,1.0,4 %. Вертикальные деформации - в целиках -0,006...-0,007, в кровле (почве) камер 0, т.е. 0.0,9 %. Максимальные сжимающие деформации составляют -0,02...0, т.е. 0. 2 %, в целиках среднее 0.004, т.е. 0,4 %. Диапазон максимальных деформаций растяжения 0...+0,008, т.е. 0. 1 %, на контуре целиков, в среднем 0,2 %. Таким образом, максимальные расчетные деформаций ниже предельных значений, составляющих по данным лабораторных испытаний, 3.4 %.
Рис. 3. Эпюры полных напряжений на контуре очистных камер и целиков в начальный период активного развития деформаций и при длительной нагрузке, после затухания деформаций
Можно заключить, что упругопластическая расчетная геомеханическая модель подтверждает затухание пластических деформаций в элементах камерной системы разработки во времени. После затухания деформаций в междукамерных и междупанельных целиках, стенках и кровле очистных камер наблюдается снижение уровня техногенных напряжений примерно в 3-4 раза. Остаточный коэффициент запаса прочности после затухания деформаций увеличивается за счет релаксации напряжений. Критических прогибов кровли и пучений почвы не прогнозируется ни в начальный период, ни после затухания деформационного процесса.
Следует отметить, что в стенках и кровле камер отмечается слой 0,5 -1,5 м с минимальным коэффициентом запаса, меньшим двух, но большим единицы (1,1 - 1,2). То есть в целом этот слой устойчив, но при длительном стоянии возможны отдельные отслоения толщиной 0,5 - 1,5 м при наличии глинистых пиллитовых прослоев.
В стенках проектом предусматривается периодическая оборка технологических неровностей и выступов. В кровле дополнительно оставляется защитный слой соли 2,5 м, он с запасом перекрывает возможные отслоения. Поэтому вероятность отслоений и вывалов при соблюдении техники безопасности минимальна.
Дополнительно по результатам натурных наблюдений (см. таблицу) установлено, что на контуре капитальных и подготовительно-нарезных
выработок также развиваются пластические деформации, затухающие во времени.
Таким образом, можно заключить, что для условий отработки пласта № 5 на глубине горных работ 550 м наблюдаются релаксация напряжений и затухание деформаций в горных выработках, очистных камерах и целиках. Начальный уровень напряжений в элементах камерной системы разработки, капитальных и подготовительно-нарезных выработках не приводит к видимым проявлениям горного давления в динамической форме, а остаточный уровень напряжений после полного формирования пластических деформаций ниже уровня длительной прочности каменной соли.
Горные работы не достигли критических глубин по развитию «ползучих» деформаций во времени.
Анализ вероятности тектонических проявлений горного давления. Анализ влияния современной тектонической активности на руднике на подвижность структурных блоков и вероятности проявления горнотектонических ударов проводился на основе геодинамического районирования района месторождения. По результатам районирования отмечено, что современная геодинамическая обстановка в районе Тыретского месторождения каменной соли проявляется, главным образом, в результате хозяйственной деятельности предприятий. На поверхности района месторождения не наблюдаются проявления глубинных изменений в недрах. Вся площадь района месторождения характеризуется относительно простым геологическим строением с преобладанием пород осадочного комплекса.
Исходя из анализа результатов морфоструктурного анализа (рис. 4), основными структурообразующими являются крупные, высокоранговые линеаменты, проходящие по руслам рек Унга и Залари. Линии тальвегов и водоразделов формируют каркас территории. Основные структуры обладают субмеридиональным и юго-восточным простиранием.
По структурно-морфологическим данным в рудном поле представлен один тектонический блок, в котором контактируют две свиты осадочных пород. Осадочные образования разбиты разрывными нарушениями. Основную структуру разрывных нарушений формируют субмеридиональные и юго-восточные крупные, высокоранговые разломы третьего ранга (15 - 20 км). Более низкоранговые нарушения северо-западного простирания четвертого-пятого рангов формируют четкую блочную соподчиненную структуру. Тектонических линий 1-го и 2-го рангов (150 - 200 км) в районе месторождения не фиксируется, поэтому сейсмические процессы весьма маловероятны.
По результатам геодинамического районирования можно сделать вывод, что сейсмических и горно-тектонических ударов на руднике не наблюдается и не прогнозируется.
Рис. 4. Совмещенная схема тектонических нарушений района месторождения, выделенных по цифровой модели рельефа и космоснимкам, и геологической основы (штриховкой выделен контур
Тыретского месторождения)
Естественное поле напряжений. В феврале 2023 г. на руднике авторами были проведены измерения первоначального поля напряжений методом щелевой разгрузки. Чтобы избежать влияния реологических свойств массива, измерения были проведены в максимально свежих, недавно пройденных выработках. Так как при длительном стоянии выработок в соляных массивах на первичное поле напряжений будет накладываться вторичное антропогенное, снижающее общий уровень напряжений в окрестности горных выработок, очистных камер и целиков.
По результатам измерений установлено, что на глубине 550 м уровень вертикальных напряжений будет равен -6,8±0,2 МПа. Горизонтальные напряжения, измеренные в субширотном направлении, составляют -7,3 ±0,5 МПа, в субмеридиональном направлении - -7,8±0,7 МПа (знак «минус» подразумевает сжатие пород).
Результаты измерений первоначального поля напряжений подтверждают, что распределение естественно-напряженного состояния в массиве соляного пласта практически соответствует гидростатической гипотезе, что весьма характерно для массивов горных пород, сложенных соляными и калийными породами [4, 15]. Боковой распор пород (отношение горизон-
тальной компоненты напряжений к вертикальной) в субширотном направлении равен 1,07, в субмеридиональном - 1,15, что весьма близко к единице. Горизонтальные напряжения не зависят от ориентации выработок, то есть не зафиксировано возможного тектонического влияния ни в одном из оцениваемых направлений.
Однако интересен тот факт, что уровень как вертикальной, так и горизонтальной составляющих измеренных первоначальных напряжений примерно в два раза меньше веса налегающей толщи пород (который для глубины горных работ 550 м составляет -14,6 МПа):
5= з им » - 0,5^Н =- 0,5Ч4,6 =- 7,3МПа , где аигзм, аивзм - измеренные горизонтальные и вертикальные напряжения
массива горных пород, МПа; у - объемный вес пород, МН/м3; Н - глубина горных работ, м.
При гидростатической гипотезе распределения первоначальных напряжений уровень их должен соответствовать весу налегающей толщи пород, особенно, учитывая наличие осадочных пород в кровле и почве пласта.
Такое снижение фактически измеренных напряжений относительно теоретических можно объяснить, по всей вероятности, тем, что напряжения срелаксировали (выровнялись, «ушли из-под нагрузки») по причине высоких реологических свойств соляного пласта, даже учитывая небольшой срок стояния выработок, в которых проходили измерения.
Основную нагрузку от веса налегающих пород, скорее всего, берут на себя вмещающие породы (доломиты), залегающие в кровле соляного пласта, так как реологические свойства вмещающих пород существенно ниже реологических свойств пласта соляных пород. В любом случае вероятность тектонических, разрушающих напряжений на руднике, даже в начальный период формирования горных выработок, минимальна.
Выводы и рекомендации. На основании проведенных исследований можно заключить следующее. Распределение первоначальных (природных) напряжений в массиве горных пород гидростатическое, без влияния тектонических структур. Характер развития деформаций в элементах камерной системы разработки, капитальных и подготовительных выработках при отработке пласта № 5 - упругопластический, затухающий во времени.
В целом, при выемке пласта № 5 Тыретского солерудника опасных проявлений горного давления в динамических формах не прогнозируется. Горные, горно-тектонические и сейсмические удары весьма маловероятны. Из опасных проявлений горного давления возможны локальные отслоения в стенках и кровле камер и вывалообразования при проходке комбайном. Эти проявления компенсируются защитными мероприятиями: оставлением
защитного слоя соли в кровле и почве очистных камер, оборкой технологических выступов.
По результатам исследований разработано соответствующее Заключение о потенциальной удароопасности на руднике. Основные методы и результаты исследований рекомендуется использовать при прогнозе развития геомеханической ситуации и опасных проявлений горного давления на аналоговых соляных рудниках, отрабатываемых подземным способом на больших глубинах.
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. Обоснование параметров устойчивых междукамерных целиков и обнажений кровли камер на Тыретском руднике / А.Н. Авдеев, А.А. Да-виденко, Л.И. Сосновский // Вестник ИрГТУ, 2014. № 12. С.66-71.
2. Сосновский Л.И., Сосновская Е.Л., Козлов Я.В. Оценка возможности повышения извлечения каменной соли при определении рациональных параметров междукамерных целиков на Тыретском солеруднике // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2011. № 11. С.51-56.
3. Исследование геомеханических процессов на Тыретском соле-руднике / Л.И.Сосновский, Ю.В.Драбчук, Л.Г.Рубцов, Е.Л.Сосновская // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. С.86-90.
4. Боликов В.Е., Константинова С.А. Прогноз и обеспечение устойчивости капитальных горных выработок. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 374 с.
5. Константинова С.А., Аптуков В.Н. Некоторые задачи механики деформирования и разрушения соляных пород. Новосибирск: Наука, 2013. 191 с.
6. Соловьев В.А., Константинова С.А., Аптуков В.Н. Охрана горных выработок в соляных породах. Теория и практика. Saarbruken: Pal-marium Academic Publising. 2013. 412 с.
7. Барях А. А., Лобанов С.Ю., Ломакин И.С. Анализ изменения степени нагружения междукамерных целиков во времени на верхнекамском месторождении солей // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. № 4. 2015. С. 70-82.
8. Кац Я.Г., Полетаев А.И., Румянцева Э.Ф. Основы линеаментной тектоники. М.: Недра, 1986. 144 с.
9. Копылов И.С. Морфонеотектоническая система оценки гео динамической активности: монография. Пермь: ПНИПУ, 2019. 131 с.
10. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.
11. Barna Szabo, Ivo Babuska. Finite Element Analysis: Method, Verification and Validation. Second Edition. Hoboken, NJ: Wiley. 2021. 366 р.
12. Протосеня А. Г., Катеров А. М. Обоснование параметров реологической модели соляного массива // Горный информационно -аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2023. № 3. С. 1628.
13. Морозов И. А., Паньков И. Л., Токсаров B. Н. Изучение устойчивости горных выработок в соляных породах / // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2021. №9. С. 3647.
14. Агеенко В.А. Исследование реологических свойств каменной соли // Известия Уральского государственного горного университета. 2019. Вып. 1(53). С. 115—120.
15. Распределение напряжений в породных массивах / Г.А. Крупен-ников, Н.А. Филатов, Б.З. Амусин, В.М. Барковский. М.: Недра, 1972. 143 с.
Сосновская Елена Леонидовна, канд. геол.-мин. наук, ст. науч. сотр., [email protected], Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук,
Авдеев Аркадий Николаевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. [email protected], Россия, Екатеринбург, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук
FORECAST OF POTENTIAL SHOCK HAZARD FOR THE CONDITIONS SALT LAYER
MINING
E.L. Sosnovskaya, A.N. Avdeev
The article presents the results of research to predict the possibility of manifestations of rock pressure in dynamic forms during the mining of salt bed No. 5 of Tyretsky salt mine, located in Eastern Siberia. The mining geological and mining engineering features of the mine are analysed. The key geomechanical factors were determined: moisture, layering, mining depth, service life and geometric parameters of mine workings and pillars. The hydrostatic character of initial stress distribution was established by in-situ measurements. Technogen-ic stresses in geotechnology elements were measured in mine conditions and modelled by finite element method. The plastic, damped character of deformation of the contour massif of stope, inter-stope and inter-panel pillars was established. Geodynamic zoning of the deposit was carried out using the methods of morphostructural, lineament, hydrographic analysis of the earth's surface relief and cosmophotomaterials. Seismic and tectonic shocks are not predicted at the mine. It was determined that the mine is currently not prone to mining shocks or non-attenuating plastic deformations in time. The main research methods are recommended for use in studying geomechanical conditions and predicting dangerous manifestations of rock pressure in analogue underground salt mines.
Key words: underground mining, salt bed, great depths, natural stresses, anthropogenic stresses, deformations, rheologicalproperties, shock hazard prediction.
Sosnovskaya Elena Leonidovna, candidate of geological sciences, art. officer, [email protected],, Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,
Avdeev Arkady Nikolaevich, candidate of technical sciences, art. scientific. officer, [email protected], Russia, Yekaterinburg, Institute of Mining of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Substantiation of the parameters of stable inter-chamber targets and exposures of the roof of chambers at the Tyretsky mine / A.N. Avdeev, A.A. Davidenko, L.I. Sosnovsky // Bulletin of IrSTU, 2014. No. 12. pp.66-71.
2. Sosnovsky L.I., Sosnovskaya E.L., Kozlov Ya.V. Assessment of thethe possibilities of increasing the extraction of rock salt in determining the rational parameters of inter-chamber columns at the Tyretsky salt mine // Problems of the development of the mineral base of Eastern Siberia. Irkutsk: Publishing House of IrSTU, 2011. No. 11. pp.51-56.
3. Investigation of geomechanical processes at the Tyretsky salt mine / L.I.Sosnovsky, Yu.V.Drabchuk, L.G.Rubtsov, E.L.Sosnovskaya // Problems of the development of the mineral base of Eastern Siberia. Irkutsk: Publishing House of IrSTU, 2002. pp.8690.
4. Bolikov V.E., Konstantinova S.A. Forecast and sustainability of capital mining. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2003. 374 p
. 5. Konstantinova S.A., Aptukov V.N. Some problems of mechanics of deformation and destruction of salt rocks // JSC "Galurgiya". Novosibirsk: Nauka, 2013. 191 p.
6. Solovyov V.A., Konstantinova S.A., Aptukov V.N. Protection of mine workings in salt rocks. Theory and practice. Saarbruken: Palmarium Academic Publising. 2013. 412 p.
7. Baryakh A. A., Lobanov S.Yu., Lomakin I.S. Analysis of changes in the degree of loading of inter-chamber targets over time at the Verkhnekamskoye salt deposit // Physico-technical problems of mineral development. No. 4. 2015. pp. 70-82.
8. Katz Ya.G., Poletaev A.I., Rumyantseva E.F. Fundamentals of linear tectonics. M.: Nedra, 1986. 144 p.
9. Kopylov I.S. Morphoneotectonic assessment system of geodynamic activity: monograph. Perm: PNRPU, 2019. 131 p.
10. Vlokh N.P. Management of rock pressure on underground ores. M.: Nedra, 1994.
208 p.
11. Barna Szabó, Ivo Babuska. Finite Element Analysis: Method, Verification and Validation // Second Edition. Hoboken, NJ: Wiley. 2021. 366 p.
12. Protosenya A. G., Katerov A.M. Substantiation of the parameters of the rheological model of the salt massif // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2023. No. 3. pp. 16-28.
13. Morozov I. A., Pankov I. L., Toksarov B. N. Studying the stability of mine workings in salt rocks / // Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal). 2021. No.9. pp. 36-47.
14. Ageenko V.A. Investigation of rheological properties of rock salt // Izvestiya Ural State Mining University. 2019. Issue 1(53). pp. 115-120.
15. Stress distribution in rock massifs / G.A. Krupennikov, N.A. Filatov, B.Z. Amusin, V.M. Barkovsky. M.: Nedra, 1972. 143c.
УДК 622.272
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БЕТОННОЙ КРЕПИ ВЕРТИКАЛЬНОГО СТВОЛА
С.Д. Яцыняк, Е.А. Ермолович
Описана схема геомеханического мониторинга напряженно-деформированного состояния бетонной крепи воздухоподающего ствола. Применяется комплексный метод, который включает установку замерных реперных станций наблюдения и использование разработанных устройств для измерения деформаций на стенках горных выработок. Описаны два способа установки замерных станций и конструкция разработанного анкер-репера. Схема позволяет достоверно диагностировать состояние крепи и прогнозировать возможные её изменения.
Ключевые слова: вертикальный ствол, реперные стации, устройства для измерения деформаций.
В настоящее время на территории Норильского промышленного района насчитываются 36 действующих вертикальных стволов с общей глубиной 35,7 км. Средняя глубина сооружаемых вертикальных стволов составляет 991,5 м при максимальных значениях 2056 м.
Значительные осложнения, связанные с устойчивостью крепи вертикальных стволов, возникают из-за недостаточных данных о первоначальном поле напряжений, динамике взаимодействия в системе «крепь-массив» и в связи с продолжительным сроком её эксплуатации. Также на нарушение устойчивости крепи стволов оказывает влияние тектоническая нарушенность породного массива вблизи вертикальных стволов и ведение добычных работ. Это хорошо видно на примере воздухоподающего ствола рудника «Таймырский» ПАО «ГМК «Норильский никель» [1, 2].
Обеспечение устойчивого состояния крепи вертикальных стволов, сооружаемых в сложных горногеологических условиях и на больших глубинах, является главной задачей горного производства. Эти задачи были описаны отечественными (А.М. Янчуром, Г.А. Крупенниковым, Н.С. Булычевым, Д. Б. Казикаевым, С.В. Сергеевым и др.) и зарубежными учёными (Р. Феннер, А. Лабасс и др.) [3 - 9]. Анализ случаев разрушения крепи в стволах показывает, что в осложненных горно-геологических условиях давление на крепь определяется не только гравитационными силами, но и другими действующими факторами, такими как геологические,
