Моделирование процесса деформирования междукамерных целиков в условиях закладки очистных камер

Актуальными проблемами при разработке месторождений калийно-магниевых солей являются низкий коэффициент извлечения руды и высокие риски затопления рудника. Закладка выработанных пространств позволяет комплексно решать эти проблемы. На основе рассмотрения мирового опыта разработки соляных месторождений с закладкой выработанного пространства в статье описаны виды закладки при разработке соляных месторождений, ее роль и задачи в управлении состоянием горного массива. Сделан вывод, что на данный момент в практике горных работ на калийно-магниевых месторождениях отсутствует научно-обоснованный учет влияния реактивного давления закладочных массивов на несущую способность и процессы деформирования соляных междукамерных целиков. С этой целью разработана компьютерная горно-геомеханическая модель, реализованная в программном комплексе FLAC 2D. Для моделирования разрыхленной соляной породы выполнены лабораторные исследования физико-механических свойств образцов из дробленой галитовой породы. С помощью модели получены параметры распределения деформаций и напряжений в системе «междукамерный целик – закладочный массив – вмещающие породы» при разной степени заполнения очистных камер гидравлической и сыпучей закладкой. По результатам моделирования сделаны выводы о влиянии типа закладочного массива и степени закладки выработанного пространства на состояние и процессы деформирования МКЦ. На основе компьютерной модели установлено, что закладка оказывает укрепляющее воздействие и повышает несущую способность целиков.

Ковальский Е. Р., Громцев К. В., Петров Д. Н. Моделирование процесса деформирования междукамерных целиков в условиях закладки очистных камер // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 9. – С. 87–101. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-87-101.

Ковальский Евгений Ростиславович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: e.r.kovalsky@gmail.com,
Громцев Кирилл Владимирович¹ — аспирант, e-mail: kirillgromcev@mail.ru,
Петров Дмитрий Николаевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: petrovgs@mail.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Громцев К.В., e-mail: kirillgromcev@mail.ru.

1. Зубов В. П. Применяемые технологии и актуальные проблемы ресурсосбережения при подземной разработке пластовых месторождений полезных ископаемых // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 77—83.

2. Poborska-Młynarska K. Katastrofy wodne w górnictwie solnym na świecie — przyczyny, sposoby zwalczania, skutki // Przegląd Górniczy. 2018. Vol. 74. No 6. Pp. 33—41.

3. Minkley W., Muhlbauer J., Ludeling C. Dimensioning principles in potash and salt: stability and integrity // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49. No 11. Pp. 4537— 4555.

4. Rauche H. Die Kaliindustrie im 21. Jahrhundert. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2015. 580 p.

5. Zschiedrich K., Pietsch T., Kuyumcu M. Bewältigung von technischen, ökologischen und sozialen herausforderungen bei der stilllegung kalibergwerken in Ostdeutschland // Mining Report Glückauf. 2017. No 3. P. 539—252.

6. Wagner H. Die rolle von versatz im bergbau // Bergund Hüttenmännische Monatshefte. 2009. Vol. 154. No 2. P. 52—59.

7. Fliß T., Marx H., Thona H. Backfilling and pillar re-mining in potash industry / MINEFILL 2011 — International Conference on Mining with Backfill, 21—25 March 2011 Cape Town South Africa, available at: www.k-utec.de/fileadmin/redakteur/GMB/Dokumente/paper_ kutec_minefill_en.pdf.

8. Garrett D. E. Potash deposits, processing, properties and uses. London: Chapman & Hall, 1996. 734 p.

9. Snyman B. J. Boulby mine backfill system / Paste tailings management, ed. by Erol Yilmaz and Mamadou Fall. Springer, 2017. P. 303.

10. Гилев М. В., Константинова С. А., Мураков В. Е., Чернопазов С. А. Закладка выработанного пространства при разработке сильвинитовых пластов как конструктивный элемент системы разработки // Маркшейдерский вестник. — 2007. — № 1. — С. 33—40.

11. Борзаковский Б. А., Папулов Л. М. Закладочные работы на Верхнекамских калийных рудниках. Справочник. — М.: Недра, 1994. — 234 с.

12. Лобанов С. Ю., Шумихина А. Ю. О влиянии свойств закладки на несущую способность междукамерных целиков // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2011. — № 4. — С. 24—27.

13. FLAC. Explicit continuum modeling of non-linear material behavior in 2D. ITASCA Consulting Group, Inc. https://www.itascacg.com/software/flac.

14. FLAC and numerical modeling in geomechanics: proceedings of the 4th International «FLAC» Symposium, 29—31 May 2006, Madrid, Spain. 2006. 474 p.

15. Sambeek L. L.V. Testing and modeling of backfill used in salt and potash mines / Rock Support in Mining and Underground Construction. Proceedings of the International Symposium on Rock Support, Sudbury, Ontario, Canada, 16—19 June 1992. Pp. 583—589.

16. Дешковский В. Н., Новокшонов В. Н., Палто П. П. Разработка методики расчета высоты распространения зоны водопроводящих трещин для столбовых систем разработки с частичной закладкой выработанного пространства в виде бутовых полос // Горная механика. — 2007. — № 2. — С. 77—74.

17. Шваб Р. Г., Дешковский В. Н. Управление состоянием подрабатываемого массива горных пород частичной закладкой выработанного пространства в виде бутовых полос из разрушенного галита при извлечении запасов калийных руд столбовой системой разработки / Проблемы рационального природопользования: материалы международной научно-практической конференции, Пермь, ПГТУ, Россия, 29—31 октября 2008 г. — Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. — С. 56—63.

18. Yan B. Application of double-yield model in numerical simulation of stability of mining filling body // Arabian Journal of Geosciences. 2019. No 12. Article 515.

19. Константинова С. А., Чернопазов С. А., Асанов В. А. Математическая модель состояния закладочного массива на Верхнекамском месторождении калийных солей // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2010. — № 1. — С. 44—49.

20. Вотяков М. В. Повышение полноты извлечения запасов калийных руд на основе закладки выработанного пространства галитовыми отходами: Автореферат канд. тех. наук. — М., 2009. — 24 с.

21. Барях А. А., Константинова С. А., Асанов В. А. Деформирование соляных пород. — Екатеринбург: УрО РАН, 1996.

22. Барях А. А., Асанов В. А., Паньков И. Л. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского месторождения: учебное пособие. — Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. — 199 с.

23. Константинова С. А., Аптуков В. Н. Некоторые задачи механики деформирования и разрушения соляных пород. — Новосибирск: Наука, 2013. — 192 с.