Вернуться к результатам поиска

Механизм деформирования приконтурной зоны горных выработок с тепловыделяющими технологиями

В настоящее время одной из важнейших геоэкологических проблем в развитых странах мира и в России является задача удаления из биосферы огромного количества высокоактивных радиоактивных отходов (РАО). Единственным осуществимым способом является их захоронение в глубоких геологических формациях. Горные породы должны обладать свойствами, гарантирующими нераспространение радионуклидов подземными водами на период радиобиологической опасности РАО (более 10 тыс. лет). Их изоляционные свойства зависят от напряженно-деформированного состояния и теплового воздействия. Температура РАО может достигать 150 °С и сохраняться в течение 150–300 лет. Приведены результаты анализа временных рядов уникальных наблюдений за деформациями бортов подземных камер с размещенными в них мощными источниками тепла в подземном комплексе ФГУП «ГХК» (Железногорск). Цель анализа — объяснить механизм деформирования пород и его взаимосвязь с температурой и структурной нарушенностью породного массива. Установлена взаимосвязь увеличения температуры и амплитуды смещений приконтурной части массива, а также циклический характер развития процесса деформирования стенок выработок. За период с 1980 по 1998 гг. средние скорости смещений составили: для нарушенного разогретого до 50–70° C массива – 0,3–0,45 мм/год (максимальная скорость 4,65 мм/год), для слабонарушенного разогретого массива – 0,1–0,2 мм/год (максимальная скорость 0,6 мм/год), для ненарушенного массива с естественным температурным фоном – 0,02–0,04 мм/год. Предложена модель развития процесса деформирования во времени, которая может быть положена в основу планирования геомеханических экспериментов в подземной исследовательской лаборатории для оценки развития структурной нарушенности массива с искусственным тепловым источником.

Ключевые слова: деформации, модель, горные выработки, приконтурная часть, глубинные реперы, выделение тепла, высокоактивные радиоактивные отходы, подземная исследовательская лаборатория.
Как процитировать:

Татаринов В. Н., Морозов В. Н., Татаринова Т. А. Механизм деформирования приконтурной зоны горных выработок с тепловыделяющими технологиями // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 10. – С. 141–152. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_10_0_141.

Благодарности:

Работа выполнена в рамках государственного задания Геофизического центра РАН, утвержденного Минобрнауки России.

Номер: 10
Год: 2022
Номера страниц: 141-152
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.831
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_10_0_141
Дата поступления: 21.04.2022
Дата получения рецензии: 01.08.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.09.2022
Информация об авторах:

Татаринов Виктор Николаевич1,2 — член-корреспондент РАН, д-р техн. наук, зав. лабораторией, руководитель НОЦ ГЦ РАН и ГИ НИТУ «МИСиС» «Геодинамика и геоэкология недр: моделирование, прогноз и мониторинг», e-mail: v.tatarinov@gcras.ru, ORCID ID: 0000-0001-7546-2072,
Морозов Владислав Николаевич1 — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: v.morozov@gcras.ru, ORCID ID: 0000-0001-6183-0487,
Татаринова Татьяна Александровна1,2 — научный сотрудник, e-mail: tata@wdcb.ru, ORCID ID: 000-0002-4283-4586.
1 Геофизический центр РАН,
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН.

 

Контактное лицо:

Татаринов В.Н., e-mail: v.tatarinov@gcras.ru.

Список литературы:

1. Абрамов А. А., Большов Л. А., Дорофеев А. Н., Игин И. М., Казаков К. С., Красильников В. Я., Линге И. И., Трохов Н. Н., Уткин С. С. Подземная исследовательская лаборатория в Нижнеканском массиве: эволюционная проработка облика // Радиоактивные отходы. — 2020. — № 1(10). — С. 9—21. DOI: 10.25283/2587-9707-2020-1-9-21.

2. Дорофеев А. Н., Большов Л. А., Линге И. И., Уткин С. С., Савельева Е. А. Стратегический мастер-план исследований в обоснование безопасности сооружения, эксплуатации и закрытия пункта глубинного захоронения радиоактивных отходов // Радиоактивные отходы. — 2017. — № 1. — С. 33—42.

3. Андерсон Е. Б., Белов С. В., Камнев Е. Н., Колесников И. Ю., Лобанов Н. Ф., Татаринов В. Н., Морозов В. Н. Подземная изоляция радиоактивных отходов. — М.: Изд-во «Горная книга», 2011. — 592 с.

4. Татаринов В. Н., Морозов В. Н., Маневич А. И., Татаринова Т. А. Подземная исследовательская лаборатория: к программе геомеханических исследований // Радиоактивные отходы. — 2019. — № 2(7). — С. 101—118. DOI: 10.25283/2527-9707-2019-2-101-118.

5. Протосеня А. Г., Иовлев Г. А. Прогноз пространственного напряженно-деформированного состояния физически нелинейного грунтового массива в призабойной зоне тоннеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 128— 139. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0-128-139.

6. Захаров В. Н., Малинникова О. Н., Трофимов В. А., Филиппов Ю. А. Мониторинг напряженно-деформированного состояния горного массива и геодинамических процессов в нем при разработке угольных пластов по геои газодинамическим явлениям // Маркшейдерский вестник. — 2012. — № 4(90). — С. 43—44.

7. Lingfan Zhang, Duoxing Yang, Zhonghui Chen, Aichun Liu Li Deformation and failure characteristics of sandstone under uniaxial compression using distributed fiber optic strain sensing // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2020, vol. 12, no. 5, pp. 1046—1055. DOI: 10.1016/j.jrmge.2019.12.015.

8. Chen B., Gong B., Wang S., Tang C. Research on zonal disintegration characteristics and failure mechanisms of deep tunnel in jointed rock mass with strength reduction method // Mathematics. 2022, vol. 10, article 922. DOI: 10.3390/ math10060922.

9. Dongjie Xue, Lan Lu, Lie Gao, Lele Lu, Cheng Chen Prediction of fracture and dilatancy in granite using acoustic emission signal clou // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2021, vol. 13, pp. 1059—1077.

10. Zhon X. P., Wang F. H., Qian Q. H., Zhang B. H. Zonal fracturing mechanism in deep crack-weakened rock masses // Theoretical and Applied Frature Mechanics. 2008, vol. 50, no. 1. DOI: 10.1016/j.tafmec.2008.04.001.

11. Турчанинов И. Л., Иофис М. А., Каспарьян Э. В. Основы механики горных пород. — Л.: Недра, 1989. — 488 с.

12. Нгуен Ван Минь, Еременко В. А., Сухорукова М. А., Шерматова С. С. Оценка влияния формы выработки и действующих напряжений в массиве на формирование зоны растягивающих деформаций на глубине свыше 1 км // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 67—75. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0-67-75.

13. Pin-Qiang Mo, Yong Fang, Hai-Sui Yu Benchmark solutions of large-strain cavity contraction for deep tunnel convergence in geomaterials // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2020, vol. 12, pp. 596—607.

14. Plúa C., Minh-Ngoc Vu, Seyedi D. M., Armand G. Effects of inherent spatial variability of rock properties on the thermo-hydro-mechanical responses of a high-level radioactive waste repository // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021, vol. 145, article 104682.

15. Morozov V. N., Tatarinov V. N., Batugin A. S. An underground research laboratory: new opportunities in the study of the stress-strain state and dynamics of rock mass destruction (problem Definition) // Russian Journal of Earth Sciences. 2019, vol. 19, no. 2, pp. 1—13. DOI: 10.2205/2019ES000659.

16. Butov R. A., Drobyshevsky N. I., Moiseenko E. V., Tokarev U. N. Finite element code FENIA verification and application for 3D modelling of thermal state of radioactive waste deep geological repository // Journal of Physics: Conference Series. 2017, vol. 891, no. 1, article 012174. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012174.

17. Казаков А. Н., Лобанов Н. Ф., Манькин В. И. Динамика развития теплофизических процессов при подземной изоляции тепловыделяющих РАО в многолетнемерзлых горных породах // Геоэкология. — 1997. — № 2. — С. 36—40.

18. Лукишов Б. Г., Шведова Н. П., Иванченко Г. Н. Термомеханические аспекты безопасного подземного захоронения ВАО в геологические формации // Горный журнал. — 2021. — № 3. — С. 113—115.

19. Шемякин Е. И., Курленя М. В., Опарин В. Н., Рева В. Н., Глушихин Ф. П., Розенбаум М. А. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок. БИ, 1992, № 1.

20. Morozov V. N., Tatarinov V. N., Manevich A. I., Losev I. V. Analogy method to determine the stress-strain state of structural-tectonic blocks of the Earth’s crust for the disposal of radioactive waste // Russian Journal of Earth Sciences. 2019, vol. 19, no. 6. DOI: 10.2205/2019ES000687.

21. Kamnev E. N., Morozov V. N., Tatarinov V. N., Kaftan V. I. Geodynamics aspects of investigations in underground research laboratory (Niznekansk massif) // Eurasian Mining. 2018, no. 2, pp. 11—14. DOI: 10.17580/em.2018.02.03.

22. Read R. S. 20 years of excavation response studies at AECL's underground research laboratory // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004, vol. 41, no. 8, pp. 1251—1275.

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.