К оценке длительной прочности соляных пород

Проведен комплекс лабораторных испытаний образцов сильвинита, карналлита и каменной соли, отобранных на шахтных полях Верхнекамского месторождения солей, включающий эксперименты на одноосное сжатие при мгновенном и длительном режимах нагружения. По результатам испытаний построены полные диаграммы деформирования и кривые ползучести, определены основные механические и реологические параметры деформирования соляных пород. Установлен характер влияния уровня нагружения образцов на скорость установившейся ползучести. Предложен ускоренный метод определения предела длительной прочности соляных пород, основанный на построении расчетной кривой длительной прочности по скорости установившейся ползучести. При этом время разрушения соляных образцов определяется по критическим деформациям на пределе остаточной прочности. Применение данной методики позволяет сократить время длительных испытаний до 5–7 дней. Построены расчетные кривые длительной прочности для всех литотипов исследуемых пород. Для сильвинитовой породы установлена зависимость изменения предела длительной прочности от отношения высоты образцов к их ширине. Данные результаты использованы для оценки допустимой степени нагружения междукамерных целиков. Показано, что для «высоких» междукамерных целиков допустимое значение степени их нагружения должно быть снижено по отношению к регламентированным величинам.

Барях А. А., Ударцев А. А., Паньков И. Л. К оценке длительной прочности соляных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 11. – С. 5–22. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_11_0_5.

Экспериментальные исследования проводились на оборудовании ЦКП «Исследования материалов и вещества» ПФИЦ УрО РАН. Работа выполнена в рамках крупного научного проекта при финансовой поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2024-535 от 23.04.2024).

Барях Александр Абрамович¹ — д-р техн. наук, академик РАН, руководитель научного направления «Горные науки», e-mail: bar@mi-perm.ru, ORCID ID: 0000-0003-2737-6166,
Ударцев Артем Александрович¹ — младший научный сотрудник, e-mail: udartsev@mi-perm.ru,
Паньков Иван Леонидович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: ivpan@mi-perm.ru,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН.

Барях А.А., e-mail: bar@mi-perm.ru.

1. Агеенко В. А. Исследование реологических свойств каменной соли // Известия Уральского государственного горного университета. — 2019. — № 1(53). — С. 115—120. DOI: 10.21440/ 2307-2091-2019-1-115-120.

2. Осипов Ю. В., Вознесенский А. С. Определение реологических свойств бишофита по данным трехосных испытаний // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2022. — № 6. — С. 15—26. DOI: 10.15372/FTPRPI20220602.

3. Abedi F., Moosavi M., Bahroudi A., Moazenian A. Effect of solid impurity on creep behavior of salt rocks of the Hormoz formation // International Journal of Mining and Geo-Engineering. 2020, vol. 54, no. 2, pp. 161—166.

4. Шокин Ю. П. О нарушениях сплошности подработанной водозащитной толщи на калийных рудниках // Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 70—75. DOI: 10.17580/gzh.2019.01.15.

5. Qin X. S., Cao H., Guo L. J. Sensitivity analysis of factors influencing pillar stability in the deep stope of underground salt mine // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 570, no. 2, article 022002. DOI: 10.1088/1755-1315/570/2/022002.

6. Majeed Y., Abbas N., Emad M. Z. Stability evaluation of room-and-pillar rock salt mines by using a flat jack technique — A case study // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2023, vol. 123, no. 6. DOI: 10.17159/2411-9717/1872/2023.

7. Барях А. А., Ломакин И. С., Самоделкина Н. А., Тенисон Л. О. Оценка степени нагружения междукамерных целиков при отработке двух пластов на Верхнекамском месторождении солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 1. — С. 5—19. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_1_0_5.

8. Барях А. А., Лобанов С. Ю., Ломакин И. С. Анализ изменения степени нагружения междукамерных целиков во времени на Верхнекамском месторождении солей // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2015. — № 4. — С. 70—82.

9. Паньков И. Л., Аникин В. В., Бельтюков Н. Л., Евсеев А. В., Кузьминых В. С., Ломакин И. С., Морозов И. А., Токсаров В. Н., Ударцев А. А. Изучение деформирования и разрушения соляных пород для разработки методов геомеханической оценки устойчивости грузонесущих элементов камерной системы разработки калийных месторождений // Вестник Пермского федерального исследовательского центра. — 2022. — № 3. — С. 14—24. DOI: 10.7242/2658-705X/2022.3.2.

10. Wang J., Zhang Q., Song Z., Feng S., Zhang Y. Nonlinear creep model of salt rock used for displacement prediction of salt cavern gas storage // Journal of Energy Storage. 2022, vol. 48, article 103951. DOI: 10.1016/j.est.2021.103951.

11. Lyu C., Liu J., Ren Y., Liang C., Liao Y. Study on very long-term creep tests and nonlinear creep-damage constitutive model of salt rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021, vol. 146, article 104873. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.104873.

12. Титов Б. В. Исследование и разработка метода определения длительной прочности соляных горных пород при сжатии: автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Березники: ВНИИГ, Уральский филиал, 1983. — 18 с.

13. Firme P. A., Brandao N. B., Roehl D., Romanel C. Enhanced double-mechanism creep laws for salt rocks // Acta Geotechnica. 2018, vol. 13, no. 6, pp. 1329—1340. DOI: 10.1007/s11440-0180689-7.

14. Wang G., Zhang L., Zhang Y., Ding G. Experimental investigations of the creep-damage-rupture behaviour of rock salt // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014, vol. 66, pp. 181—187. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2013.12.013.

15. Осипов Ю. В., Вознесенский А. С. Исследование реологических свойств горных пород в экспериментах по ступенчатому нагружению цилиндрических образцов // Прикладная механика и техническая физика. — 2022. — Т. 63. — № 2(372). — С. 197—206. DOI: 10.15372/ PMTF20220219.

16. Константинова С. А., Аптуков В. Н., Мерзляков А. Ф. Влияние геометрии образца на скорость кратковременной релаксации и ползучести сильвинита, карналлита и каменной соли // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. — 2013. — № 1(41). — С. 13—15.

17. Карташов Ю. М. Методические указания по ускоренным вибрационным испытаниям слабых горных пород на ползучесть. — Л.: ВНИМИ, 1967. — 36 с.

18. Кошелев А. Е. Обоснование и разработка метода определения механических свойств каменной соли с учетом начального поля напряжений: автореф. дисс. … канд. техн. наук. — М., 2013. — 24 с.

19. Бельтюков Н. Л. Исследование параметров акустической эмиссии при испытании соляных пород в режиме ползучести / Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сборник научных трудов. Вып. 15. — Пермь: ГИ УрО РАН, 2017. — С. 131—134.

20. Шкуратник В. Л., Кравченко О. С., Филимонов Ю. Л. Экспериментальное исследование зависимостей акустико-эмиссионных и реологических характеристик каменной соли от напряжений и температуры // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 4. — С. 20—26. DOI: 10.15372/FTPRPI20190403.

21. Knoll P. Beitrag zum einfluß der zeit auf die verformung und den bruch von salzgestein. Leipzig, 1973, 91 p.

22. Рыженьков А. М. Влияние высоты образцов калийной руды Стебниковского месторождения на их длительную прочность и параметры ползучести при одноосном сжатии // Физические процессы горного производства: Межвузовский сборник. — 1975. — № 2. — C. 43—45.

23. Ударцев А. А., Паньков И. Л. Изучение характера деформирования сильвинита в условиях одноосного сжатия при различных режимах нагружения // Горное эхо. — 2022. — № 4(89). — С. 54—59. DOI: 10.7242/echo.2022.4.9.

24. Ержанов Ж. С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. — Алма-Ата: Наука, 1964. — 175 с.

25. Ставрогин А. Н. Экспериментальные исследования ползучести и долговечности горных пород / Исследование реологических свойств грунтов. Труды координационных совещаний по гидротехнике. — Л., 1968. — 228 с.

26. Карташов Ю. М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б. Прочность и деформируемость горных пород. — М.: Недра, 1979. — 269 с.

27. Агеенко В. А. Обоснование оптимальных параметров экспресс-метода определения характеристик ползучести каменной соли: автореф. дисс. … канд. техн. наук. — М., 2020. — 25 с.

28. Паньков И. Л. Обоснование допустимой степени нагружения целиков пласта КрII / Стратегия и процессы освоения георесурсов: Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2008 г. — Пермь: ГИ УрО РАН, 2009. — С. 69—71.