Оценка степени нагружения междукамерных целиков при отработке двух пластов на Верхнекамском месторождении солей

Разработана процедура оценки степени нагружения междукамерных целиков, основанная на определении методами математического моделирования нормированной величины интенсивности напряжений в центре их вертикального сечения. В отличие от стандартной методики Турнера-Шевякова данный подход не ограничен простыми вариантами камерной системы разработки (выемка одиночного пласта, субгоризонтальное его залегание, каноническая форма целиков) и может быть использован в более сложных горнотехнических ситуациях. Предложенная схема расчета реализована применительно к отработке двух сильвинитовых пластов при соосном и несоосном расположении очистных камер. Установлено, что при соосной отработке двух сильвинитовых пластов использование формулы Турнера-Шевякова в целом дает заниженные значения степени нагружения междукамерных целиков. Уровень этого снижения зависит от мощности технологического междупластья и соотношения размеров очистных камер на обоих рабочих пластах. При несоосном расположении очистных камер методика Турнера-Шевякова, наоборот, обуславливает существенно завышенные оценки степени нагружения междукамерных целиков при мощности технологического междупластья менее 4 м, поскольку не учитывает разгрузку целиков, особенно в условиях подработки. Формально, полученные результаты указывают на возможность повышения извлечения руды из недр при несоосной отработке, но требуют детального геомеханического обоснования вследствие опасности обрушения целика на верхнем отрабатываемом пласте в камеру нижнего пласта.

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.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-77-30008).

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,
Ломакин Иван Сергеевич¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: Lomakin@Mi-Perm.ru, ORCID ID: 0000-0001-9852-351X,
Самоделкина Надежда Анатольевна¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: Samodelkina@Mi-Perm.ru,
Тенисон Людмила Олеговна — канд. техн. наук, начальник Управления, ПАО «Уралкалий», e-mail: Lyudmila.Tenison@uralkali.com,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН.

Барях А.А., e-mail: bar@Mi-Perm.ru.

1. Шевяков Л. Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. — М.: Госгортехиздат, 1963. — 728 с.

2. Горпинченко В. А., Сазнов В. В., Андреев А. А., Вильчинский В. Б. Методика определения эффективных параметров разгрузочных скважин для безопасной разработки удароопасных месторождений Норильского промышленного района // Горный журнал. — 2015. — № 6. — С. 68—73. DOI: 10.17580/gzh.2015.06.14.

3. Sankovsky A. A., Aleksenko A. G., Nikiforov A. V. Practical experience analysis: superimposed seams series mining at the Verkhnekamsk potassium-magnesium salts deposit applying room-and-pillar mining method // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018, vol. 9, no. 6, pp. 715—728.

4. Осинцев В. А., Беркович В. М., Горбунов А. Г., Любавина В. А. Расчет нагруженности ленточных междукамерных целиков // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2013. — № 1. — С. 11—14.

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

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

7. 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.

8. Барях А. А., Тенисон Л. О., Самоделкина Н. А. К определению горизонтальных деформаций подработанных территорий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11. — С. 5—18. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_11_0_5.

9. Бенявски З. Управление горным давлением. — М.: Мир, 1990. — 254 c.

10. Salamon M. D. G. Strength of coal pillars from back-calculation / 37th U.S. Symposium on Rock Mechanics, Vail Rocks. 1999, pp. 29—36.

11. Терентьев В. Б. Определение времени устойчивости междупластовых потолочин для условий сближенного залегания сильвинитовых пластов Усольского калийного комбината // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 2. — С. 295—308.

12. Бакиров Ж. Б., Такишов А. А., Бакиров М. Ж., Михайлов В. Ф. Определение ширины целиков при камерной отработке рудного месторождения // Труды университета. — 2021. — № 4 (85). — С. 119—125. DOI: 10.52209/1609_1825_2021_4_119.

13. Suorineni F. T., Mgumbwa J. J., Kaiser P. K., Thibodeau D. Mining of orebodies under shear loading. Part 2. Failure modes and mechanisms // Mining Technology. 2014, vol. 123, no. 4, pp. 240—249. DOI: 10.1179/1743286314Y.0000000072.

14. Барях A. А., Самоделкина Н. А. К расчету устойчивости целиков при камерной системе разработки // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2007. — № 1. — С. 11—20.

15. Martin C. D., Maybee W. G. The strength of hard-rock pillars // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2000, vol. 37, no. 8, pp. 1239—1246. DOI: 10.1016/ S1365-1609(00)00032-0.

16. Mortazavi A., Hassani F. P., Shabani M. A numerical investigation of rock pillar failure mechanism in underground openings // Computers and Geotechnics. 2009, vol. 36, no. 5, pp. 691—697. DOI: 10.1016/j.compgeo.2008.11.004.

17. Rashed G., Slaker B., Sears M. M., Murphy M. M. A parametric study for the effect of dip on stone mine pillar stability using a simplified model geometry // Mining, Metallurgy & Exploration. 2021, vol. 38, no. 2, pp. 967—977. DOI: 10.1007/s42461-021-00394-y.

18. Hamediazad F., Bahrani N. Simulation of hard rock pillar failure using 2D continuumbased Voronoi tessellated models: The case of Quirke Mine, Canada // Computers and Geotechnics. 2022, vol. 148, article 1048. DOI: 10.1016/j.compgeo.2022.104808.

19. Li X., Kim E., Walton G. A study of rock pillar behaviors in laboratory and in-situ scales using combined finite-discrete element method models // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 118, pp. 21—32. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.03.030.

20. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 541 с.

21. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The finite element method: Its basis and fundamentals. 7th edition. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 756 p.

22. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей (технологический регламент). — СПб., 2014. — 130 с.