Методические принципы прогноза опасных природных процессов на основе геодинамического районирования недр

Развитие горнодобывающих предприятий в настоящее время сталкивается с негативными трендами, обусловленными геодинамическими и геомеханическими условиями отработки. Большинство негативных факторов, влияющих на безопасность отработки, так или иначе связаны со структурными нарушениями массива различных рангов. В используемых на горнодобывающих предприятиях регламентирующих документах не представлена методология учета структурных нарушений на крупных масштабных уровнях (тектонические разломы), позволяющая оценить формирование тектонически нагруженных и разгруженных зон, обусловленных блочным строением массива. В статье описан опыт Научного центра геомеханики и проблем горного производства, демонстрирующий необходимость учета структурных нарушений при планировании горных работ в условиях не только прочных хрупких рудных месторождений, но также и соляных месторождений, для которых характерно отсутствие выраженных разломов непосредственно в соляной толще. Представлен комплексный подход к выявлению геодинамически опасных зон и прогнозу опасных геодинамических процессов для соляных месторождений. Сделан вывод о том, что зоны главным образом приурочены к зонам влияния тектонических нарушений во вмещающем массиве, а их потенциальная опасность определяется неотектонической активностью, морфологией сместителя, а также направлением деформаций пород при смещении. Предложена последовательность исследований и перспективные направления работ, которые могут положительно сказаться на достоверности получаемых результатов при прогнозе геодинамически опасных зон и проведении геодинамического районирования в условиях соляных месторождений.

Шабаров А. Н., Смирнов Э. В. Методические принципы прогноза опасных природных процессов на основе геодинамического районирования недр // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 11−1. — С. 157—170. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_111_0_157.

Шабаров Аркадий Николаевич — докт. техн. наук, директор Научного центра геомеханики и проблем горного производства, http://orcid.org/ 0000−0001−7925−3163, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия, e-mail: post@spmi.ru;
Смирнов Эдуард Владимирович — заместитель генерального директора –технический директор, ПАО «Уралкалий», 618426, Пермский край, г. Березники, ул. Пятилетки, 63, Россия.

Шабаров Аркадий Николаевич, e-mail: post@spmi.ru

1. Козырев А. А., Савченко С. Н., Панин В. И., Семенова И. Э., Рыбин В. В., Федотова Ю. В., Козырев С. А. Геомеханические процессы в геологической среде горнотехнических систем и управление геодинамическими рисками. — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2019. — 470 с. DOI: 10.25702/KSC. 978−5-91137−391−7.

2. Батурин Е. Н., Меньшикова Е. А., Блинов С. М., Наумов Д. Ю., Белкин П. А. Проблемы освоения крупнейших калийных месторождений мира // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 6.

3. Sinegubov V. Predicting the stress-strain state of a massif at the stage of creating a protective cover in the conditions of developing iron ore deposits under water-bearing strata // International Journal of Recent Technology and Engineering. 2019, vol. 8(1), pp. 133–138.

4. Морозов К. В., Демёхин Д. Н., Котлов C. Н., Абашин В. И. Шахтные экспериментальные исследования фильтрационных свойств горных пород на глубоких горизонтах месторождений калийных солей для создания водозащитных перемычек // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 25–33. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.04.

5. Viladkar M. N. Geomechanical Challenges: Practices and Innovations // Indian Geotechnical Journal. 2018, vol. 48, pp. 1–51. DOI: 10.1007/s40098−017−0285-z.

6. Rasskazov M., Tereshkin A., Tsoi D., Konstantinov A., Miroshnikov V., Bagautdinov I., Kozhogulov K. Research of the formation of zones of stress concentration and dynamic manifestations based on seismoacoustic monitoring data in the fields of the Kola Peninsula // E3S Web Conf. 2020, vol.192, 01009. DOI: 10.1051/e3sconf/202019201009.

7. Филатов В. В., Болотнова Л. А. О подобии и иерархии тектонических структур // Известия вузов. Горный журнал. — 2019. — № 1. — С. 52–59. DOI: 10.21440/0536−1028−2019−1-52−59.

8. Стефанов Ю. П., Бакеев Р. А., Ребецкий Ю. Л., Конторович В. А. Структура и стадии формирования разломной зоны в слое геосреды при разрывном горизонтальном сдвиге основания // Физическая мезомеханика. — 2013. — Т. 16. — № 5. — C. 41–52. DOI: 10.1134/S1029959914030059.

9. Зуев Б. Ю., Истомин Р. С., Обожина Е. П. Физическое моделирование нелинейных геомеханических процессов при разработке калийных месторождений // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 75–80. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.11.

10. Шабаров А. Н., Заморкина Ю. В., Попов А. Л., Багаутдинов И. И. Комплексный подxод при геодинамическом районировании шаxтныx полей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № S49. — С. 496–506.

11. Ломов М. А., Константинов А. В., Терешкин А. А. Перспективные методы оценки и контроля геомеханического состояния массивов пород // Проблемы недропользования [Электронный ресурс]: рецензируемое сетевое периодическое научное издание, ИГД УрО РАН. — 2019. — № 4(23). — С. 83–90. DOI: 10.25635/2313−1586.2019.04.083.

12. Трушко В. Л., Протосеня А. Г. Перспективы развития геомеханики в условиях нового технологического уклада // Записки Горного института. — 2019. — Т. 236. — С. 162–166. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.162.

13. Rasskazov I. Yu., Saksin B. G., Anikin P. A. Methods and results of burst-hazard assessment in the undeground mines of Russian Far East // Rockbursts and seismicity in mines: Proceeding of the 8th International Symposium, Saint-Petersburg, 2013, pp. 319–322.

14. Макеев В. М., Макарова Н. В., Дорожко А. Л., Суханова Т. В., Коробова И. В., Бондарь И. В. Неотектоника и современная геодинамика территории Верхнекамского месторождения калийных солей // Вестник Пермского университета. Геология. — 2017. — Т. 16. — № 4. — C. 354–369. DOI: 10.17072/psu.geol.16.4.354.

15. Шкуратский Д. Н., Скопинов М. В., Смирнов Э. В., Барях А. А. Ликвидация потенциально опасных участков на калийных рудниках // Горный журнал. — 2023. — № 3. — С. 5–12. DOI: 10.17580/gzh.2023.03.01.

16. Beiniawski Z. T. Engineering Rock Mass Classification. A Complete Manual for Engineers and Geologist in Mining, Civil and Petrolium Engineering. Canada: John Wiley & Sons, Inc., 1989, 251 p.

17. Sherpa M., Hagan P. The Effect of Joint Properties on a Discontinuous Rock Mass // MEA Research Projects Review. 2013, no. 2, pp. 75–-81.

18. Zhang Y., Mitri H. Stability assessment of non-entry stopes using nonlinear finite element analysis // Proceedings of the 1st Canada-US Rock Mechanics Symposium — Rock Mechanics Meeting Society’s Challenges and Demands. 2007, vol. 2, pp. 1347–1351. DOI: 10.1201/NOE0415444019-c167.

19. Кочарян Г. Г., Кишкина С. Б., Остапчук А. А. Сейсмический портрет разломных зон. Что может дать анализ тонкой структуры пространственного расположения очагов слабых землетрясений // Геодинамика и тектонофизика. — 2010. — № 1(4). — С. 419–440.

20. Achdou Y., Giraud P. N., Lasry J. M. A Long-Term Mathematical Model for Mining Industries // Appl Math Optim. 2016, vol. 74, pp. 579–618. DOI: 10.1007/ s00245−016−9390−0.

21. Кудряшов А. И., Васюков В. Е., Фон-дер-Лаасс Г. С. и др. Разрывная тектоника Верхнекамского месторождения солей / под науч. ред. А. И. Кудряшова. — Пермь: ГИ УрО РАН, 2004 — С. 158–167.

22. Singh M., Singh B. Laboratory and Numerical Modelling of a Jointed Rock Mass // 12th International Conference on Computer Methods and Advances in Geomechanics. 2008, no. 2, pp. 1373–1380.

23. Кассин Г. Г., Филатов В. В. К проблеме геодинамического районирования территории Верхнекамского месторождения калийных и калийно-магниевых солей // Известия УГГУ. — 2001. — № 13. — C. 186–191.

24. Мерзликин А. В., Захарова Л. Н. Особенности кинематики сдвижений массива горных пород в процессе развития малоамплитудного нарушения // Записки Горного института. — 2018. — Т. 231. — С. 235. DOI: 10.25515/PMI.2018.3.235.

25. Korchak P. A., Karasev M. A. Geomechanical prediction of the brittle fracture zones in rocks in the vicinity of the excavation junction of Ltd Apatit mines // Sustainable Development of Mountain Territories. 2023, vol. 15(1), pp. 67–80. DOI: 10.21177/1998−4502−2023−15−167−80.

26. Yang F., Fan J., Yang Zh., Liu W., Chen J. Plasticity analysis and constitutive model of salt rock under different loading speeds // Journal of Energy Storage. 2023, vol. 67, 107583. DOI: 10.1016/j.est.2023.107583.

27. 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.