Обоснование параметров реологической модели соляного массива

Развитие горной промышленности и отработка месторождений приводит к освоению новых «глубоких» месторождений. Месторождения калийных солей на территории РФ располагаются в Пермском крае, Калининградской и Волгоградской областях и представлены Верхнекамским, Нивинским и Гремячинским месторождениями. Основной сложностью освоения калийных месторождений является склонность соляных пород к большим деформациям, происходящим в течение всего срока эксплуатации месторождения. В связи с этим возникает необходимость в достоверном прогнозе смещений породного контура горных выработок, чей срок эксплуатации совпадает со сроком жизненного цикла самого предприятия и составляет порядка 50 лет и более. Сложность прогноза заключается в отсутствии данных натурных наблюдений за смещением породного контура горных выработок, пройденных в соляных породах. В связи с этим возникает необходимость прогноза смещений контура горных выработок в течение всего периода эксплуатации горного предприятия. Достоверность прогноза напрямую зависит от постановки задачи и моделей сред, описывающих механическое поведение исследуемого горного массива. В рамках исследования предлагается методика определения корректных реологических параметров моделей деформирования соляных пород, обеспечивающих качественные и количественные величины смещений породного контура. Исследования проводилось для феноменологической модели, реализуемой в программном комплексе Abaqus CAE, основанной на степенном законе Double Power Law.

Ключевые слова: соляной массив, реология, ползучесть, метод конечных элементов, численное моделирование, крепь, прогноз нагрузки на крепь, прогноз напряженно-деформированного состояния крепи, степенная модель, Abaqus CAE.
Как процитировать:

Протосеня А. Г., Катеров А. М. Обоснование параметров реологической модели соляного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 3. – С. 16–28. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_3_0_16.

Благодарности:
Номер: 3
Год: 2023
Номера страниц: 16-28
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.2
DOI: 10.25018/0236_1493_2023_3_0_16
Дата поступления: 09.11.2022
Дата получения рецензии: 28.01.2023
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.02.2023
Информация об авторах:

Протосеня Анатолий Григорьевич1 — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Protosenya_AG@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-7829-6743,
Катеров Андрей Максимович1 — аспирант, e-mail: andrey.katerov292@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-8566-4724,
1 Санкт-Петербургский горный университет.

 

Контактное лицо:

Катеров А.М., e-mail: andrey.katerov292@gmail.com.

Список литературы:

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

2. 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.

3. Кириенко Ю. А. Расчет крепи сопряжений стволов в породах, склонных к ползучести // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 142—153. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_142.

4. Аптуков В. Н., Ваулина И. Б. Поддержание горных выработок в породах соленосной толщи: Теория и практика. — Новосибирск: Наука, 2017. — 264 с.

5. Качурин Н. М., Афанасьев И. А., Пестрикова В. С., Стась П. П. Мониторинг устойчивости вертикальных стволов калийных рудников // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2020. — № 3. — С. 304—317.

6. Паньков И. Л., Морозов И. А. Деформирование соляных пород при объемном многоступенчатом нагружении // Записки Горного института. — 2019. — Т. 239. — С. 510—519. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.510.

7. Козловский Е. Я., Журавков М. А. Определение и верификация параметров расчетной модели соляных пород с учетом разупрочнения и ползучести // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 33—38. DOI: 10.31897/PMI.2021.1.4.

8. Zhou H. W., Wang C. P., Mishnaevsky L., Duan Z. Q., Ding J. Y. A fractional derivative approach to full creep regions in salt rock // Mechanics of Time-Dependent Materials. 2013, vol. 17, pp. 413—425. DOI: 10.1007/s11043-012-9193-x.

9. Lin-jian Ma, Xin-yu Liu, Qin Fang, Hong-fa Xu, Hui-min Xia, Er-bing Li, Shi-gang Yang, Wen-pei Li A new elasto-viscoplastic damage model combined with the generalized hoek— Brown failure criterion for bedded rock salt and its application // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013, vol. 46, pp. 53—66. DOI: 10.1007/s00603-012-0256-8.

10. Wu F., Chen J., Zou Q. A nonlinear creep damage model for salt rock // International Journal of Damage Mechanics. 2019, vol. 28, no. 5, pp. 758—771. DOI: 10.1177/1056789518792649.

11. Heusermann S., Rolfs O., Schmidt U. Nonlinear finite-element analysis of solution mined storage caverns in rock salt using the LUBBY2 constitutive model // Computers & Structures. 2003, vol. 81, no. 8-11, pp. 629—638. DOI: 10.1016/S0045-7949(02)00415-7.

12. Shao J. F., Zhu Q. Z., Su K. Modeling of creep in rock materials in terms of material degradation // Computers and Geotechnics. 2003, vol. 30, no. 7, pp. 549—555. DOI: 10.1016/ S0266-352X(03)00063-6.

13. Böttcher N., Görke U. J., Kolditz O., Nagel T. Thermo-mechanical investigation of salt caverns for short-term hydrogen storage // Environmental Earth Sciences. 2017, vol. 76, no. 98. DOI: 10.1007/s12665-017-6414-2.

14. Weatherby J. R., Munson D. E., Argüello J. G. Three-dimensional finite element simulation of creep deformation in rock salt // Engineering Computations. 1996, vol. 13, no. 8, pp. 82—105.

15. Munson D. E. Constitutive model of creep in rock salt applied to underground room closure // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1997, vol. 34, no. 2, pp. 233—247.

16. Dawson P. R., Munson D. E. Numerical simulation of creep deformations around a room in a deep potash mine // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics. 1983, vol. 20, no. 1, pp. 33—42.

17. Reedlunn B., Guadalupe Argüello J., Hansen F. D. A reinvestigation into Munson’s model for room closure in bedded rock salt // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2022, vol. 151, article 105007. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2021.105007.

18. Chan K. S., Bodner S. R., Munson D. E. Recovery and healing of damage in WIPP salt // International Journal of Damage Mechanics. 1998, vol. 7, no. 2, pp. 143—166.

19. Munson D. E., Fossum A. F., Senseny P. E. Approach to first principles model prediction of measured WIPP (Waste isolation pilot plant) in-situ room closure in salt // Tunnelling and Underground Space Technology. 1990, vol. 5, no. 1-2, pp. 135—139.

20. Munson D. E., Weatherby J. R., Devries K. L. Twoand three-dimensional calculations of scaled in situ tests using the M-D model of salt creep // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics. 1993, vol. 30, no. 7, pp. 1345—1350.

21. Константинова С. А., Аптуков В. Н. Некоторые задачи механики деформирования и разрушения соляных пород. — Новосибирск: Наука, 2013. — 191 c.

22. Кашников Ю. А., Ермашов А. О., Ефимов А. А. Геолого-геомеханическая модель участка Верхнекамского калийного месторождения // Записки Горного института. — 2019. — Т. 237. — C. 259—267. DOI: 10.31897/pmi.2019.3.259.

23. Барях А. А., Самоделкина Н. А. Геомеханическая оценка интенсивности деформационных процессов над затопленным калийным рудником // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2017. — № 4. — С. 33—46.

24. 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.

25. Беляков Н. А., Беликов А. А. Прогноз целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 33—46. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_33.

26. Cirone A., Vargas E. A thermodynamic modeling of creep in rock salt // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2023, vol. 162. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2022. 105298.

27. Van Sambeek L. L., Ratigan J. L., Hansen F. D. Dilatancy of rock salt in laboratory tests // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1993, vol. 30, no. 7, pp. 735—738.

28. Van Sambeek L. L. Creep of rock salt under inhomogeneous stress conditions. Abstract of Ph.D. Dissertation. Colorado, 1986, 325 p.

29. Карасев М. А., Буслова М. А., Вильнер М. А., Нгуен Т. Т. Методика прогноза напряженно-деформированного состояния крепи вертикального ствола на участке сопряжения с горизонтальной выработкой в соляных породах // Записки Горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 628—637. DOI: 10.31897/pmi.2019.6.628.

30. Gunther R., Salzer K., Popp T., Ludeling C. Steady-state creep of rock salt: Improved approaches for lab determination and modeling // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2015, vol. 48, pp. 2603—2613. DOI: 10.1007/s00603-015-0839-2.

31. Karasev M. A., Protosenya A. G., Katerov A. M., Petrushin V. V. Analysis of shaft lining stress state in anhydrite-rock salt transition zone // Rudarsko-geološko-naftni zbornik. 2022, vol. 37, no. 1, pp. 151—162. DOI: 10.17794/rgn.2022.1.13.

32. Тащи В. М. Гидрогеологические условия Солотвинского месторождения каменной соли и некоторые рекомендации по вопросу дальнейшей его эксплуатации // Труды ВНИИСоль. — 1970. — № 10(18). — С. 21—34.

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.