Исследование возможности применения методов неразрушающего контроля для оценки прочностных свойств горных пород в условиях подземного рудника Гремячинского месторождения

Контроль прочности горных пород является важнейшей составляющей при проектировании и контроле мероприятий, обеспечивающих устойчивое состояние горных выработок. Существующие нормативные методы контроля предусматривают определение прочности только в лабораторных условиях и требуют значительного времени для их определения. Неразрушающие методы контроля позволяют оперативно, непосредственно в полевых условиях производить определение прочности без больших трудозатрат. С целью выявления наиболее эффективного метода неразрушающего контроля в условиях калийного месторождения Гремячинского ГОКа были выполнены комплексные шахтные и лабораторные исследования, которые включали определение косвенных показателей прочности горных пород (ангидритов, доломитов, каменных солей). Приведен обзор и анализ методов неразрушающего контроля. Описана методика проведения шахтных и лабораторных исследований по обоснованию наиболее эффективного метода неразрушающего контроля. Установлены градуировочные зависимости для трех рассматриваемых методов, таких как ультразвуковой, методы ударного импульса и ударного отскока. На базе выполненного сравнения показателей качества градуировочных зависимостей и их средней относительной ошибки аппроксимации сделан вывод о наиболее точном для рассматриваемых условий методе наразрушающего контроля, рекомендуемого к использованию – методе ударного импульса.

Петров Д. Н., Абашин В. И., Карасев М. А., Селихов А. А. Исследование возможности применения методов неразрушающего контроля для оценки прочностных свойств горных пород в условиях подземного рудника Гремячинского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 227–244. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_227.

Петров Дмитрий Николаевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Petrov_DN@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-002-5513-1871,
Абашин Василий Иванович — заместитель главного геолога, ООО «ЕвроХим-ВолгаКалий», e-mail: vasily.abashin@eurochem.ru,
Карасев Максим Анатольевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Karasev_MA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-8939-0807,
Селихов Александр Александрович¹ — аспирант, e-mail: s225059@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0009-0005-8163-2249,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Петров Д.Н., e-mail: Petrov_DN@pers.spmi.ru.

1. Пантелеев И. А., Ляховский В., Мубассарова В. А., Карев В. И., Шевцов Н. И., Шалев Э. Тензорная компакция пористых пород: теория и экспериментальная верификация // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 234—243. DOI: 10.31897/PMI.2022.30.

2. Ильинов М. Д., Коршунов В. А., Поспехов Г. Б., Шоков А. Н. Комплексные экспериментальные исследования механических свойств горных пород: проблемы и пути их решения // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 11—18. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.02.

3. Пеньков Г. М., Карманский Д. А., Петраков Д. Г. Исследование зависимостей между физико-механическими свойствами песчаника и скоростью прохождения упругих волн // Недропользование. — 2020. — Т. 20. — № 1. — С. 27—36. DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.3

4. Господариков А. П., Трофимов А. В., Киркин А. П. Оценка деформационных характеристик хрупких горных пород за пределом прочности в режиме одноосного сервогидравлического нагружения // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 539—548. DOI: 10.31897/ PMI.2022.87.

5. Mansouri H., Ajalloeian R. Mechanical behavior of salt rock under uniaxial compression and creep tests // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018, vol. 110, pp. 19—27. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.07.0.

6. Рубчевский Ю. И., Бажуков А. А. Определение прочностно-деформационных характеристик закладочного массива Яковлевского рудника // В мире научных открытий. — 2015. — № 12-3(72). — С. 908—921. EDN: VSSLSN.

7. Рыльникова М. В., Сахаров Е. М., Есина Е. Н. Перспективы совершенствования способов крепления горных выработок в соляных породах разной прочности // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2023. — № 3. — С. 268—279. EDN: IUEPOM.

8. Лукьянов В. Г., Третенков И. В. Исследование влияния геомеханических факторов и разработка способов повышения устойчивости породного обнажения в проводимых горизонтальных горных выработках // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2007. — Т. 311. — № 1. — С. 97—102. EDN: JVNEYN.

9. Смирнов О. В., Кулик А. И. Перспективы применения акустического контроля состояния массива горных пород и прогноза динамических явлений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 5. — С. 352—359. EDN: YMHNZX.

10. Hussain M., Amao A. O., Al-Ramadan K., Negara A., Saleh T. A. Non-destructive techniques for linking methodology of geochemical and mechanical properties of rock samples // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020, vol. 195, article 107804. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107804.

11. Харисов Т. Ф., Панжин А. А., Харисова О. Д. О проблемах экспресс-метода определения прочности горных пород // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2019. — № 7. — С. 86—91. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-7-86-91.

12. Рубчевский Ю. И. Опыт применения методов неразрушающего контроля закладочного массива на Яковлевском руднике // Естественные и технические науки. — 2015. — № 3. — С. 86—93. EDN: TSXDKL.

13. Бондарь И. С., Алдекеева Д. Т. Определение прочности бетона методом ударного импульса // Труды университета. — 2019. — № 4. — С. 95—98. EDN: OIGCMH.

14. Свидзинский С. А., Музалевский М. М., Ковальский Ф. И. Гремячинское месторождение сильвинитов / Новые данные по геологии соленосных бассейнов Советского Союза. — М., 1986. — С. 204—219.

15. Улыбин А. В. О выборе методов контроля прочности бетона построенных сооружений // Инженерно-строительный журнал. — 2011. — № 4(22). — С. 10—15. EDN: NVYMYZ.

16. Чихунов Д. А. Методы и приборы неразрушающего контроля // Компетентность. — 2005. — № 6(23). — С. 23—29. EDN: KVDIRZ.

17. Wang M., Wan W. A new empirical formula for evaluating uniaxial compressive strength using the Schmidt hammer test // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 123, article 104094. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104094.

18. Hebib R., Belhai D., Alloul B. Estimation of uniaxial compressive strength of North Algeria sedimentary rocks using density, porosity, and Schmidt hardness // Arabian Journal of Geosciences. 2017, vol. 10, pp. 1—13. DOI: 10.1007/s12517-017-3144-4.

19. Umanskii A., Gogolinskii K., Syasko V., Golev A. Modification of the Leeb impact device for measuring hardness by the dynamic instrumented indentation method // Inventions. 2022, vol. 7, no. 1, article 29. DOI: 10.3390/inventions7010029.

20. Syasko V., Nikazov A. Research and development of metrological assurance elements for leeb hardness measurements // Inventions. 2021, vol. 6, no. 4, article 86. DOI: 10.3390/inventions6040086.

21. Васильев А. А. Оценка прочности бетона и ее прогнозирование для бетонных и железобетонных конструкций // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. — 2005. — № 4(23). — C. 16—22. EDN: PYVSSD.

22. Ковшар С. Н., Хормози Мехди Применение методов неразрушающего контроля для оценки прочности бетона длительно эксплуатируемых железобетонных конструкций / Инновации в бетоноведении, строительном производстве и подготовке инженерных кадров. Сборник статей по материалам Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения И.Н. Ахвердова и С.С. Атаева, в 2 ч. Ч. 1. — Минск: БНТУ, 2016. —С. 107—112.

23. Петухов В. Д., Рябчиков С. В. Особенности и виды механических, физических и комплексных неразрушающих методов определения прочности бетона и анализ их применения // Информационно-технологический вестник. — 2022. — № 1(31). — С. 189—201. EDN: MDIHUO.

24. Краснощеков Ю. В. Модель прочности бетона на отрыв со скалыванием // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. — 2021. — Т. 18. — № 2(78). — С. 216—224. DOI: 10.26518/2071-7296-2021-18-2-216-224.

25. Nosov V. V. Appraising the service life of dangerous engineering equipment by acoustic emission diagnosis // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020, vol. 49, pp. 1072—1083. DOI: 10.3103/S1052618820120110.

26. Parsajoo M., Armaghani D. J., Mohammed A. S., Khari M., Jahandari S. Tensile strength prediction of rock material using non-destructive tests: A comparative intelligent study // Transportation Geotechnics. 2021, vol. 31, article 100652. DOI: 10.1016/j.trgeo.2021.100652.

27. Nefeslioglu H. A. Evaluation of geo-mechanical properties of very weak and weak rock materials by using non-destructive techniques: Ultrasonic pulse velocity measurements and reflectance spectroscopy // Engineering Geology. 2013, vol. 160, pp. 8—20. DOI: 10.1016/j.enggeo.2013.03.023.

28. Алимов А. Г., Карпунин В. В. Современные методы ультразвукового диагностирования бетонных и железобетонных конструкций сооружений, эксплуатируемых в условиях высокого водонасыщения и низких температур, для предупреждения чрезвычайных ситуаций // Технологии гражданской безопасности. — 2006. — Т. 3. — № 3. — С. 36—44. EDN: KRSIND.

29. Харисов Т. Ф. Оценка предела прочности пород в образце с использованием молотка Шмидта // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 4. — С. 304—314. DOI: 10.25635/q9637-9421-1804-p.

30. Koopialipoor M., Noorbakhsh A., Noroozi Ghaleini E., Jahed Armaghani D., Yagiz S. A new approach for estimation of rock brittleness based on non-destructive tests / Nondestructive Testing and Evaluation. 2019. DOI: 10.1080/10589759.2019.1623214.

31. Шибаев И. А., Определение динамических модулей упругости образцов горных пород при использовании различных методов лазерной ультразвуковой диагностики // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 138—147. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2021_41_0_138.

32. Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Буслова М. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния блочного горного массива рудных месторождений при отработке системами разработки с обрушением // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 619—627. EDN: EGDXKM.

33. Беляков Н. А., Морозов К. В., Емельянов И. А. Методика обработки данных полевых испытаний по оценке естественного напряженного состояния горного массива методом кольцевой разгрузки // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 89—96. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.13.

34. Соловьев В. А., Аптуков В. Н., Ваулина И. Б. Поддержание горных выработок в соляных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 2. — С. 344—356. EDN: YJKLQJ.

35. Koteleva N., Loseva E. Development of an algorithm for determining defects in cast-in-place piles based on the data analysis of low strain integrity testing // Applied Sciences. 2022, vol. 12, no. 20, article 10636. DOI: 10.3390/app122010636.

36. Трофимов А. В., Румянцев А. Е., Господариков А. П., Киркин А. П. Неразрушающий ультразвуковой метод контроля прочности закладочного бетона на глубоких рудниках Талнаха // Цветные металлы. — 2020. — № 12. — С. 28—33. DOI 10.17580/tsm.2020.12.04.

37. Dengaev A., Maksimenko A., Shut K., Novikova A., Eremenko O., Arteev K., Getalov A., Sargin B., Safiullina E. Development of technology for the preparation of heavy-duty concrete mixtures by processing with an ultrasonic multi-frequency acoustic field // Journal of Applied Engineering Science. 2023, vol. 21, no. 3, pp. 917—927. DOI: 10.5937/jaes0-44277.