Совместные замеры напряженного состояния и модуля упругости породного массива при проходке шахтных стволов

Представлена инновационная методика совместных натурных замеров параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) и модуля упругости массивов скальных горных пород на базах от нескольких метров до первых десятков метров и более, предусматривающая замеры упругой конвергенции породных стенок вертикального ствола, вызванную уходкой забоя, и анализ распределения замеренных смещений реперных точек по периметру его поперечного сечения с последующим решением обратной геомеханической задачи в два этапа. На первом этапе по лепестковой диаграмме распределения замеренных смещений реперов определяются азимуты осей главных горизонтальных напряжений окружающего породного массива. На втором этапе выполняется моделирование процесса уходки забоя ствола при различных вариантах НДС окружающего породного массива, задаваемых путем варьирования компонентами главных горизонтальных напряжений при известных азимутах их главных осей. Затем выполняется сопоставительный анализ расчетных и фактически замеренных результатов с использованием одномерного дисперсионного анализа ANOVA. Искомый вариант параметров НДС и соответствующего ему модуля упругости, при которых отклонения выборочных дисперсий фактически замеренных смещений реперов от расчетных смещений аналогичных точек в модели оказываются минимальными, определяется путем анализа экспериментальных диаграмм на экстремум. Описаны результаты успешной апробации методики на вертикальных стволах Вспомогательный и Скиповой шахты «Десятилетие независимости Казахстана» Донского ГОКа, проходимых в качественно различных горно-геологических условиях: в скальных породных массивах, относящихся к категориям, соответственно, «неустойчивый» и «устойчивый». В неустойчивом породном массиве замеренный модуль упругости Е = 3,5 ± 0,7 ГПа составил 6 % ÷ 16 % от модуля упругости пород в образцах. В устойчивом массиве замеренный модуль Е = 36,6 ± 7,7 ГПа практически совпадает с модулем в образцах.

Ключевые слова: горный массив, напряжения, деформации, модуль упругости, шахтный ствол, проходка, натурные замеры, обратная геомеханическая задача, дисперсионный анализ, шахта «Десятилетие независимости Казахстана».
Как процитировать:

Балек А.Е., Озорнин И.Л., Каюмова А.Н. Совместные замеры напряженного состояния и модуля упругости породного массива при проходке шахтных стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 21–36. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-21-36.

Благодарности:

Работа выполнена в ходе реализации государственного задания № 075— 00581—19—00, тема № 0405—2019—0007

Номер: 3
Год: 2020
Номера страниц: 21-36
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.83
DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-21-36
Дата поступления: 21.11.2019
Дата получения рецензии: 20.01.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 20.03.2020
Информация об авторах:

Балек Александр Евгеньевич1 — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: balek@igduran.r;
Озорнин Иван Леонидович1 — заведующий лабораторией геомеханики подземных сооружений,
Каюмова Альфия Наиловна1 — кандидат технических наук, научный сотрудник,
1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН), 620075 г. Екатеринбург, ГСП-219, Мамина-Сибиряка 58.

 

Контактное лицо:
Список литературы:

1. Балек А.Е., Сашурин А.Д. Проблема оценки природного НДС горного массива при освоении недр // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 21 (специальный выпуск). — С. 9—23.

2. Балек А.Е., Сашурин А.Д. Совершенствование методики натурных замеров напряженно-деформированного состояния больших участков горного массива // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2014. — № 11. — С. 105—120.

3. Sashurin A.D., Panzhin A.A., Kharisov T.F., Knyazev D.Yu. Innovative approaches to rock mass stability in mining high-grade quartz veins // Eurasian Mining, 2016, no 2, pp. 3—5.

4. Зотеев О.В. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород численными методам // Известия вузов. Горный журнал. — 2003. — № 5. — С. 108—115.

5. Rocscience RS2. URL: https://www.rocscience.com/software/rs2 (дата обращения 07.08.2019).

6. Gao Y., Guo Z., Yang J., Wang J., Wang Y. Steady analysis of gob-side entry retaining formed by roof fracturing and control techniques by optimizing mine pressure // Journal of China Coal Society, 2017. Vol. 42. рр. 1672–1681.

7. Sepehri M., Apel D., Liu W. Slope stability assessment and effect of horizontal to vertical stress ratio on the yielding and relaxation zones around underground open slopes using empirical and finite element methods // Archives of Mining Science, 2017. Vol. 62. no 3. рр. 653–669.

8. Сас И.Е., Бершов А.В. Об особенностях модели поведения скального грунта Хоека — Брауна и задании ее исходных параметров // Инженерные изыскания. — 2015. — № 13. — С. 42–47.

9. Харисов Т.Ф. Исследования конвергенции породных стенок ствола в условиях запредельного состояния призабойного массива // Известия вузов. Горный журнал. — 2017. — № 5. — С. 46—51.

10. Kamani M., Ajalloeian R. Evaluation of engineering properties of some carbonate rocks trough corrected texture coefficient // Geotechnical and Geological Engineering, 2019. no 37(2). pp. 599—614.

11. Pérez-Rey I., Alejano L.R., Martínez J., Muniz M., Muralha J. Understanding tilt-test results on saw-cut planar rock surfaces from a statistical perspective // Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses, 2018. no 1. pp. 377—382.

12. Mehrgini B., Memarian H., Dusseault M.B., Ghavidel A., Heydarizadeh M. Geomechanical characteristics of common reservoir cap rock in Iran (Gachsaran Formation) experimental and statistical analysis // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2016. no 34. pp. 898—907.

13. Боликов В.Е., Балек А.Е., Саммаль А.С. Бекеев М.М. Теория и практика решения проблемы устойчивости горных выработок Донского ГОКа // Горный журнал Казахстана. — 2013. — № 5 — С. 14—19.

14. Аленичев В.М., Аленичев М.В., Уманский А.Б. Учет пространственной связи геоданных при создании моделей россыпей // Недропользование — XХI век. — 2015. — № 2 (52). — С. 24—31.

15. Аленичев В.М., Аленичев М.В. Повышение достоверности геоинформационного обеспечения при отработке техногенных месторождений // Горный информационноаналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. — 172—179.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.