CC BY
46
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 624.191.5:622.253.3:622.281.65-036.7 Н.С. Булычёв, д-р техн. наук, проф. (Россия, Тула, ТулГУ), Д.С. Комаров, асп. ТулГУ, (4872)-443457, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
С.Б. Лукашин, асп. ТулГУ, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЁТ НЕОБХОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕДОПОРОДНОГО ОГРАЖДЕНИЯ В ЗАМКОВОЙ ЧАСТИ
Проведён анализ геологических особенностей строения лицензионного участка. Рассмотрены принципы расчёта ледопородноо ограждения для надсоляных пород. Сделан вывод о сроках создания необходимого по мощности ледопородного ограждения в замковой части.
Ключевые слова: верхнекамское месторождение, ствол, каменная соль, реология, толща, замораживание.
Предметом данной работы является расчёт крепи стволов рудника на Палашерском и Балахоцевском участках Верхнекамского месторождения. В административном отношении лицензионных участок расположен в Усольском муниципальном районе и на территории, подчинённой г. Березники, в 15 км на юг от данного города (рис. 1.).
В качестве исходных данных являются геологические разрезы контрольных скважин 107Г-1 и 107Г-2, стволов КС и СС соответственно (рис.2). Сами стволы непосредственно пройдены в породах, принадлежащих Палашерскому участку Верхнекамского месторождениях. Так как стволы находятся в непосредственной близости и принадлежат одинаковым геологическим формациям, то можно утверждать, что условия проходки стволов должны быть полностью идентичными. Надстилающие породы имеют мощность 269,27 и 273,20 м соответственно. В надстилающих породах можно выделить четыре формации пластов: четвертичные отло-жения(сложенные насыпным грунтом, глиной, супесью и суглинками); пе-строцветная толща (сложенная алевролитом, аргиллитом, песчаником и
известняком); терригенно-карбонатная толща ( сложенная породами, идентичными с пестроцваетной толщей, только с различающимися физическими свойствами, ввиду большей глубины залегания) и соляно-мергельная толща ( сложенная глинисто-гипсовыми породами, мергелем и известняком).
Рис. 1. Схема расположения скважин на лицензионном участке
Так же стоит сказать несколько слов о водоносности пород. Водоносность покрывающих пород изменчива как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Верхний пласт каменной соли переходной пачки (нижняя часть соляно-мергельной толщи) является практически водоупорном, предохраняющий калийный рудник от затопления. Общий приток из надсоляных пород в шахтный ствол может составлять 1000... 1500 м /сут. и более. Сами соляные породы непосредственно проявляют ярко выраженные реологические свойства, что прямым образом сказывается на выборе схемы возведения крепи стволов.
Усиление вязкопластических свойств пород возрастает с глубиной. Так непосредственно в соляной толще можно выделить три крупные формации: первая, образованная каменной солью (встречается на глубинах от 270 до 315 м и на глубинах от 390 до 570м); вторая, образованная карнал-литовой породой (встречается на глубинах от 315 до 370 м, с ярко выраженными включениями каменной соли) и третья формация, формация красного сильвинита (встречается на глубинах от 370 до 390 м). Так же
стоит упомянуть о полосчатом сильвините, формация которого не столь значительна, по сравнению с тремя видами пород, приведёнными выше.
Рис. 2. Схема расположения скважин на лицензионном участке
Следует упомянуть так же, что кроме калийного месторождения на данном лицензионном участке присутствуют месторождения торфа, которые сейчас находится в законсервированном состоянии и месторождение нефти им. Архангельского, разработку на котором ведёт ОАО «ЛУКОЙЛ» (рис. 3).
Все эти особенности дают нам возможность судить о геологическом строении лицензионного участка и позволяют напрямую говорить о проблемах, с которыми мы можем столкнуться как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства и эксплуатации стволов. Ни в коем случае нельзя забывать о вязкопластической модели взаимодействия солей с крепью проектируемых стволов. В такой ситуации давление на крепь может стабилизироваться многие годы, так что изначально заложенные параметры крепи в конечном счёте могут быть недостаточными для корректной службы стволов на заданном интервале времени.
Следует учитывать эти и многие другие параметры и заложить возможные негативные воздействия с течением времени в текущие расчёты.
Рис. 3. Схема расположения месторождения калийных солей относительно месторождений нефти и торфа на лицензионном
участке
Возвращаемся к надсоляным породам. В качестве исходных данных являются геологический разрез контрольно-стволовой скважины для скипового ствола. Стоит упомянуть, что в самой работе идёт расчёт двух стволов - скипового и клетевого. Но, ввиду того, что по результатам замеров мощности надсоляных породных толщ примерно равны 269,27 и 273,20 м соответственно, стволы принадлежат к одинаковым формациям пород и расположены в непосредственной близости друг от друга, то мы можем утверждать, что условия и сроки замораживание двух вышеупомянутых стволов должны быть идентичны. После этого разбиваем надсоля-ные породы на 19 формаций, образованных породами с идентичными физико-механическими свойствами. Это сделано для того, чтобы не рассматривать толщу по микроуровням, а сразу рассчитывать толщи, образованные несколькими микроуровнями, со схожими свойствами. После этого мы производим расчёт толщины ледопородного цилиндра в замковой части на глубине 269,27 м. Это связано с тем, что на данной глубине
присутствует максимальная засоленность пород, а, как мы знаем, чем выше засоленность материала, тем более низкую температуру необходимо создать для его замораживания.
При решении задачи о расчёте параметров ледопородного ограждения используется следующий алгоритм:
1) Расчёт толщины ледопородного ограждения в замковой плоскости производим по формуле О. Домке:
5 = Япр[0,29^ + 2,3(-^)2], (1)
асж асж
где 7?пр- радиус ствола в проходке, м; Р- расчетная нагрузка, МПа; осжп-допустимое напряжение на замороженные породы при сжатии от условно мгновенной нагрузки, МПа
2) Количество замораживающих скважин определяется по формуле:
лг пВ3
М=1> (2) где диаметр окружности, на которой расположены устья замораживающих скважин; /- расстояние между центрами скважин, м.
3) Общая потребность холода для создания ледопородного ограждения (кДж):
4 = 41+42+43+44, (3)
где:
41 =УвСц1ЩВ(*В '0);42 ^ ВСЛ Щ*(!в
<74=7 fcfirfd» tcp)
где Сг теплоёмкость; Wf - объём воды, содержащийся в пласте; Wj -объём твёрдого скелета пород, содержащегося в пласте; ^-температура воды, °С\ Uр- средний показатель температуры С0; Температура массива пород °С\ t0-тмпература хладагента в системе °С.
4) При определении времени, необходимого для создания ледопородного ограждения проектных размеров, следует учитывать потери на компенсацию тепла, непрерывно притекающего к замороженным породам от окружающих пород (земной теплоприток):
R = W-(DH-DB)nlt (4)
9 # ✓ 9
где 4s- теплоприток к 1 м~ ледопородного ограждения, кДж/(м ч); DH, DB-соответственно наружный и внутренний диаметры ледопородного ограждения, м
5) Время активного замораживания (сутки) определяется по форму-
z=—2— (5)
где q- общая потребность холода для создания ледопородного ограждения (кДж) ; Q -холодопередающая способность замораживающих колонок (кДж); R- потери на компенсацию тепла, непрерывно притекающего к замороженным породам от окружающих пород (земной теплоприток).
6) Средняя температура в замковой плоскости (град. Цельсия):
1 ¥-1п(2) ?ср.З = 2Гср , .Е, (6)
Inf-) +-
2л • го 21
где Е- толщина ледопородного ограждения в замковой части, м.
7) Средняя температура всего ледопородного ограждения (град. Цельсия):
О 21
t =t (0,32+ 0,8-dl——)
СР Р Е . (7)
Период активного замораживания составляет 237 дней при учёте, что хладоноситель поступает в систему при температуре порядка -450С. Это обусловлено тем, что соляно-мергельной толще для замораживания засолённых пород необходимы как можно более низкие температуры, а применение данного хладоносителя не несёт за собой дополнительных затрат по специальному оборудованию.
Список литературы
1 Вялов С.С., Зарецкий Ю.К., Городецкий С.Э.Расчеты на прочность и ползучесть при искусственном замораживании грунтов. Л.: Строй-издат, Ленингр. отд., 1981. С. 270-315.
2 Вялов С.С., Разбегин В.Н. Реология мерзлых грунтов. М.: Строй-издат, 2000. С.115-200.
3 Кудряшов А.И.Верхнекамское месторождение солей: монография. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. 290 с.
4 Разработка соляных месторождений: сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ,1989. С. 50-89.
5 Соловьёв В.А.Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках верхнекамского калийного месторождения. УФ, ВНИИ-ИГ, 1992. С. 43-92.
6 Технология разработки калийных месторождений, сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ,1991. С. 32-55.
7 Трупак Н.Г.Замораживание грунтов при сооружении вертикальных шахтных стволов. М.: Недра, 1983. 170 с.
8 Условия образования месторождений калийных солей, сборник статей конференции. Пермь: ВНИИИГ, 1988. 90 с.
N.S. Bulichev, D.S. Komarov
CALCULATION OF NACESSARY PARAMETRS OF ICY PROTACTION LAYER IN LOCK PART
We have leaded the analysis of geological features of a structure of a license site. Considered the principles of calculation of an ice protection for over salt breeds. Had come to the conclusion about time frames of creation of an ice protection layer, which is necessary on capacity in ice-locked part.
Keywords: verhnekamskoe salt deposit, shaft, salt, rlieology, thickness, freezing.
Получено 17.02.2012
УДК 622.253.32:622.257.001.24
H.C. Булычёв д-р техн. наук, проф. (Россия, Тула, ТулГУ), Д.С. Комаров, асп. ТулГУ, (4872)-443457, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
С.Б. Лукашин, асп. ТулГУ, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ПРИМЕНЕНИЕ ПОДАТЛИВОГО ПОЛИМЕРНОГО СЛОЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ ВЫРАБОТОК ОКОЛОСТВОЛЬНОГО ДВОРА
Проведён анализ особеннос?пей проектирования и строительства сопряжений горизонтальных выработок с клетевым стволом. Рассмотрены принципы расчёта данного сооружения; предложен ряд полимерных материалов, в качестве демпферного слоя между фибробетоном и соляной толщей. Сделан вывод о сроках службы полимерного слоя и всей крепи горизонтальных горных выработок в частности.
Ключевые слова: верхнекамское месторождение, ствол, каменная соль, реология, толща, демпферный слой, фибробетон, полистирол.
Предметом данной работы является расчёт сопряжений горизонтальных горных выработок с клетевым стволом, произведенным на Верхнекамском месторождении калийных солей, на территории, относящейся к вводимым в эксплуатацию мощностям ОАО «Еврохим».
Для решения используем уравнения теории пластического течения, которые являются связующими звеньями между приращением пластической деформации в данный момент времени и напряжением:
с
dzx - dsex + dA(ax - а) <dsy=dsey+dA((jy-(j), (1)
dsz = dsez + dZ(crz - a)
