Исследование напряженно-деформированного состояния массива горных пород при камерной системе разработки пластовых месторождений полезных ископаемых с учетом различных скоростей изменения жесткостных характеристик закладочного материала

Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска технологических схем очистных работ, минимизирующих потери запасов полезного ископаемого. Значительное увеличение доли извлекаемых запасов возможно благодаря созданию искусственных целиков из упрочняющегося закладочного материала на основе солеотходов. Объектом исследований является напряженно-деформированное состояние (НДС) массива горных пород при его отработке камерной системой с применением технологической схемы, подразумевающей создание в отработанных камерах искусственных целиков из твердеющего закладочного материала и последующую отработку междукамерных целиков. Цель исследований заключается в построении механико-математических моделей описания НДС массивов горных пород; исследовании и выборе физико-механических свойств закладочного материала, обеспечивающих несущую способность рассматриваемой геотехнической системы «массив горных пород – искусственный целик». Основным методом исследования является численное моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ). По результатам исследований предложен ряд схем поведения закладочного материала и выбрана наиболее приемлемая схема набора прочности материала закладки с точки зрения обеспечения несущей способности рассматриваемой геотехнической системы.

Журавков М. А., Николайчик М. А., Петрачков Д. А., Феоктистов П. Г., Морочковский И. В. Исследование напряженно-деформированного состояния массива горных пород при камерной системе разработки пластовых месторождений полезных ископаемых с учетом различных скоростей изменения жесткостных характеристик закладочного материала // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 5. – С. 50–64. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_5_0_50.

Журавков Михаил Анатольевич¹ — д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: zhuravkov@bsu.by, ORCID ID: 0000-0002-7420-5821,
Николайчик Михаил Александрович¹ — канд. физ.-мат. наук, зав. лабораторией, e-mail: nikolaitchik.m@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-3733-1615,
Петрачков Даниил Александрович¹ — магистр физ.-мат. наук, младший научный сотрудник, e-mail: petrachkou.daniil@gmail.com, ORCID ID: 0009-0005-7385-6162,
Феоктистов Павел Геннадьевич² — директор, e-mail: pavel.feoktistov@pgrp.by, ORCID ID: 0000-0003-3733-1615,
Морочковский Иван Владимирович² — начальник горного отдела, e-mail: ivan.morochkovski@pgrp.by, ORCID ID: 0009-0000-2230-1494,
¹ Белорусский государственный университет,
² ООО «ПГП».

Петрачков Д.А., e-mail: petrachkou.daniil@gmail.com.

1. Филиппов С. А., Артемова А. Ю. Формирование концепции рационального освоения запасов солей Верхнекамского месторождения // Недропользование XXI век. — 2009. — № 4. — С. 92—93.

2. Zhang Z. X., Hou D. F., Aladejare A., Ozoji T., Qiao Y. World mineral loss and possibility to increase ore recovery ratio in mining production // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2021, vol. 35, no. 9, pp. 670—691.

3. Каримов Ё. Л., Хужакулов А. М., Латипов З. Ё. У. Гидравлическая закладка выработанного пространства при подземной добыче калийных руд // Journal of Advances in Engineering Technology. — 2020. — № 1. — С. 25—28.

4. Fliß T., Marx H., Thona H. Backfilling and pillar re-mining in potash industry / Minefill 2011, 10th International Symposium on Mining with Backfill, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2011, режим доступа: https://www.k-utec.de/fileadmin/redakteur/GMB/Dokumente/ paper_kutec_minefill_en1.pdf.

5. Marx H., Lack D., Krauke W. Substantial aspects of the recycling of industrial wastes as backfilling material in salt mines / 20th World Mining Congress & EXPO «Mining and Sustainable Development». Tehran, Iran, 2005, режим доступа: https://www.k-utec.de/fileadmin/redakteur/Dowloads/ Veroeffentlichungen_und_Praesentationen/abstract3.pdf.

6. Dyduch G., Jarczyk P., Jendryś M. Geomechanical analysis of the rock mass stability in the area of the «Regis» shaft in the «Wieliczka» salt mine / Minefill 2020—2021, CRC Press, 2021, pp. 349—359. DOI: 10.1201/9781003205906-31.

7. Смирнов Э. В., Чернопазов Д. С., Секунцов А. И. Технология последовательной выемки запасов сильвинитовых пластов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2017. — № 2. — С. 11—16.

8. Васильев А. Л., Васильева М. А. Применение гидравлической закладки на основе твердеющих смесей из отходов калийного производства // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. — 2015. — № 1. — С. 224—227.

9. Титов Н. В., Евсюкова А. А., Колесниченко Е. И. Исследование возможности применения твердеющей закладки, формируемой на основе отходов обогащения сильвинитовой руды / Современные прикладные исследования. Материалы седьмой Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Шахты, 2021. — С. 308—310.

10. Радченко Д. Н., Татарников В. И. Выбор состава закладочных смесей для формирования консолидированного закладочного массива при подземной отработке Гремячинского месторождения / Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр. Материалы 5-й конференции Международной научной школы академика РАН К.Н. Трубецкого. — М.: ИПКОН РАН, 2022. — С. 222—225.

11. 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—84.

12. 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 // Недропользование. — 2009. — № 4. — С. 20—27.

13. Ковальский Е. Р., Громцев К. В. Разработка технологии закладки выработанного пространства при выемке // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 202—209. DOI: 10.31897/ PMI.2022.36.

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

15. Рыбак Я., Хайрутдинов М. М., Кузиев Д. А., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Бабырь Н. В. Прогнозирование геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 61—70. DOI: 10.31897/PMI.2022.2.

16. Rybak J. M., Kongar-Syuryun C., Tyulyaeva Y., Khayrutdinov A. M., Akinshin I. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill // Mining Science. 2021, vol. 28, pp. 19—32. DOI: 10.37190/msc212802.

17. Akinshin I., Missal C., te Kamp L. Simulation of pressure and time-dependent behavior of backfill material in numerical calculations // Mining Report. 2017, vol. 153, no. 2, pp. 166—172.

18. Конгар-Сюрюн Ч. Б., Ковальский Е. Р. Твердеющие закладочные смеси на калийных рудниках: перспективные материалы, регулирующие напряженно-деформированное состояние массива // Геология и геофизика Юга России. — 2023. — Т. 13. — № 4. — С. 177—187. DOI: 10. 46698/VNC.2023.34.99.014.

19. Wang J., Zhang Q., Li M., Liu H., Zhu C. Effect of compressive behaviours of tail salt filling materials on roof deformation in potash mine // Advances in Civil Engineering. 2021, vol. 2021, pp. 1—10.

20. Pokhee N., Thongprapha T., Artkhonghan K., Fuenkajorn K. Consolidation of compacted sludge-crushed salt mixtures as backfill in potash mines // Engineering Journal of Research and Development. 2020, vol. 31, no. 3, pp. 41—48.

21. Sitthimongkol L., Thongprapha T., Fuenkajorn K. Properties of compacted bentonite-aggregate mixtures as backfill in salt and potash mines // Engineering Journal of Research and Development. 2020, vol. 31, no. 1, pp. 45—53.

22. Савич И. Н., Зенько Д. К., Айнбиндер И. И., Савич О. И. К вопросу о классификации технологий и составов закладки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2000. — № 1. — С. 186—187.

23. Господариков А. П., Зацепин М. А. Математическое моделирование прикладных задач механики горных пород и массивов // Записки Горного института. — 2014. — Т. 207. — С. 217—221.

24. Журавков М. А., Николайчик М. А., Климкович Н. М. Оценка возможности уменьшения размеров охранных целиков при ведении очистных работ в окрестности шахтных стволов // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2023. — Т. 10. — № 2. — С. 32—39.

25. Журавков М. А., Лопатин С. Н. Геомеханика глубоких подземных сооружений / Нефтехимия–2021: Материалы IV Международного научно-технического форума по химическим технологиям и нефтегазопереработке. — Минск: БГТУ, 2021. — С. 280—283.

26. Кургузов В. Д. Сравнительный анализ критериев разрушения искусственных строительных материалов и горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 5. — С. 79—89. DOI: 10.15372/FTPRPI20190509.

27. Журавков М. А., Зубович В. С. Устойчивость и сдвижение массивов горных пород. — М.: РУДН, 2009. — 432 с.