Обоснование конструкции крепи сопряжения шахтного ствола, пройденного в солях

Сопряжения стволов с горизонтальными выработками, как правило, отличаются сложной конфигурацией, а в месте их сооружения в наибольшей мере проявляется действие горного давления. На калийных и соляных рудниках сопряжения стволов проходят в соляных или солесодержащих породах. Склонность соляных пород к длительной ползучести в основном определяет требования к выбору конструкции и материала крепи сопряжений. Приведены результаты численных экспериментов для определения наиболее эффективной конструкции крепи сопряжения, применительно к горно-геологическим условиям Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Расчет выполнялся в пространственной постановке в программном комплексе Midas GTS NX (FEA NX) методом конечных элементов. По каждому исследуемому вопросу строилась расчетная модель с несколькими вариантами конструктивного решения. Был проведен детальный анализ работы многослойной конструкции крепи узла сопряжения в части расположения и толщины податливого слоя; размеров деформационных швов в стволе и сопряжении; оценки влияния и расположения опорного венца в схеме узла сопряжения ствола с комплексом загрузки скипов. Таким образом, рассмотрены принципиально новые решения и оптимизированы существующие, которые снижают нагрузку на крепь в условиях влияния ползучести соляных пород. Полученные результаты показывают, что некоторые конструктивные решения позволяют уменьшить на 73% уровень напряжений в тюбинговых кольцах в области сопряжения. Сделанные выводы позволяют в полной мере обосновать принципиальную схему крепи сопряжения и принятые конструктивные решения.

Кириенко Ю. А. Обоснование конструкции крепи сопряжения шахтного ствола, пройденного в солях // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 6. – С. 20–34. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_6_0_20.

Кириенко Юрий Анатольевич — аспирант, УИТ НИТУ «МИСиС», e-mail: 9267810740@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-4575-7328.

1. Соловьев В. А., Аптуков В. Н., Тарасов В. В., Котляр Е. К. Охрана сопряжений шахтных стволов с примыкающими выработками в соляных породах // Горный журнал. — 2017. — № 3. — С. 18–23.

2. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. — М.: Изд-во «Горная книга», 2011. — 244 с.

3. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Особенности деформирования крепи стволов и сопряжений в сложных горно-геологических условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 3. — С. 26–32.

4. Лебедева А. С., Манирова Л. А. К вопросу применения минералловатных плит «Тизол-170» для защиты крепи шахтных стволов от проявления горного давления в соляных породах / Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых: материалы XII Всероссийской научно-технической конференции. — Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2019. — С. 317–320.

5. Hentrich N.-A., Calderon D. S., Bock S., Franz J. Limitations of standard analytical methods of shaft liner design / Ground Support 2019: Proceedings of the Ninth International Symposium on Ground Support in Mining and Underground Construction. Australian Centre for Geomechanics, Perth, 2019, pp. 445—458. DOI: 10.36487/ACG_rep/1925_31_Hentrich.

6. Chen K., Peng F. L. An improved method to calculate the vertical earth pressure for deep shield tunnel in Shanghai soil layers // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 75, pp. 43—66.

7. Cheng Lyu, Jianfeng Liu, Yi Ren, Chao Liang, Yilin Liao 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.

8. Linjian Ma, Yunxiao Wang, Mingyang Wang, Bing Xue, Liqun Duan Mechanical properties of rock salt under combined creep and fatigue // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2021, vol. 141, article 104654. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.104654.

9. Gharbi H., Bérest P., Blanco L.-Martín, Brouard B. Determining upper and lower bounds for steady state strain rate during a creep test on a salt sample // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020, vol. 134, no 1, article 104452. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2020.104452

10. Соловьев В. А., Константинова С. А., Аптуков В. Н. Охрана горных выработок в соляных породах. Теория и практика. — Новосибирск: Наука, 2017. — 264 с.

11. Соловьев В. А., Аптуков В. Н., Ваулина И. Б. Поддержание горных выработок в породах соленосной толщи: Теория и практика. — Новосибирск: Наука, 2013. — 412 с.

12. Морозов И. А., Паньков И. Л., Токсаров B. Н. Изучение устойчивости горных выработок в соляных породах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 9. — С. 36–47. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_36.

13. Токсаров В. Н., Морозов И. А., Бельтюков Н. Л., Ударцев А. А. Исследование деформирования подземных горных выработок в условиях Гремячинского месторождения калийных солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 113–124. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-113-124.

14. Ольховиков Ю. П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. — М.: Недра, 1984. — 238 с.

15. Сергеев С. В. Влияние проходки выработок сопряжения на напряженное состояние крепи ствола в раздробленном массиве околоствольных пород. — Тула, 1995. — С. 64— 68.