Прогноз целостности водозащитной толщи на Верхнекамском месторождении калийных руд

Представлено исследование напряженно-деформированного состояния пород, слагающих водозащитную толщу (ВЗТ) при разработке первого западного блока второй северо-западной панели (2 — СЗП) на Березниковском калийном производственном рудоуправлении №4 (БКПРУ-4), Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей. Разработка полезного ископаемого осуществляется на глубине 380 м. Численная реализация модели выполнена методом конечных элементов в программном комплексе Simulia Abaqus с использованием вязко-упруго-пластической геомеханической модели сильвинита. Параметрическое обеспечение реологической модели выполнено на основе лабораторных исследований породных образцов. Прогноз выполнялся на срок в 150 лет после полной разработки блока. Математическая модель выполнена в постановке плоской деформации. Произведена проверка целостности участков ВЗТ на основе нелинейного критерия прочности Протодьяконова. Установлено, что без применения мер по обеспечению целостности ВЗТ образуется гидравлически связанная система водопроводящих трещин, что может привести к затоплению рудника и образованию карстовых провалов. Данная система вблизи выработанного пространства имеет ширину 8 м вдоль длины блока и минимальную длину, равную ширине блока — 50 м. Основываясь на результатах исследования, необходимо применять меры по обеспечению целостности ВЗТ с учётом реологического характера деформирования междукамерных целиков.

Ключевые слова: соляные породы, реологические свойства соляных пород, ВЗТ, целостность ВЗТ, критерий прочности Кулона — Мора, реологическая модель Друкера — Прагера, устойчивость междукамерных целиков, устойчивость технологического междупластья.
Как процитировать:

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.

Благодарности:

Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 год №FSRW-2020−0014.

Номер: 6
Год: 2022
Номера страниц: 33-46
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.831; 624.121.54
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_33
Дата поступления: 14.01.2022
Дата получения рецензии: 12.04.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2022
Информация об авторах:

Беляков Никита Андреевич1 — канд. техн. наук, доцент каф. СГПиПС, http://orcid. org/0000-0002-9754-501X, e-mail: Belyakov_NA@pers.spmi.ru;
Беликов Артем Артурович1 — аспирант СГПиПС, https://orcid.org/0000-0001-50510680, e-mail: s205046@stud.spmi.ru;
1 Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Россия.

 

Контактное лицо:

Беликов Артем Артурович, e-mail: s205046@stud.spmi.ru.

Список литературы:

1. Апарин А. Г., Санковский А. А. Особенности проходки зоны температурного градиента при строительстве вертикальных стволов с использованием метода искусственного замораживания пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 2. — С. 51–61. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_2_0_51.

2. Warren J. K. Evaporites. A Geological Compendium. 2nd edition. Springer, 2016, 1812 p. DOI: 10.1007/978−3-319−13512−0.

3. Барях А. А. Оценка рисков нарушения сплошности водозащитной толщи: подходы и реалии // Стратегия и процессы освоения георесурсов: Сб. науч. тр. Вып.12. ГИ УрО РАН. — Пермь — 2014. — C. 68–71.

4. Baryakh A. A., Sanfirov I. A., Fedoseev A. K. Seismic-Geomechanical Control of WaterImpervious Strata in Potassium Mines // Journal of Mining Science. 2017, vol. 53(6), pp. 981–992. DOI: 10.1134/S1062739117063041.

5. Кашников Ю. А., Ермашов А. О., Ефимов А. А. Геолого-геомеханическая модель участка Верхнекамского калийного месторождения // Записки Горного института. — 2019. — №. 237. — С. 259–267. DOI: 10.31897/PMI.2019.3.259.

6. Kashnikov Yu., Shustov D., Ermashov A., Lebedeva O., Zhukov A., Prigara A. Solving the problems of exploitation safety of potassium salt deposit based on joint application of geophysical and geomechanical studies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — 2021. vol. 833. pp. 1–8. DOI: 10.1088/1755−1315/833/1/012084.

7. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. К вопросу снижения геоэкологических рисков на горнодобывающих предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2—1. — С. 251–262. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21−0-251−262.

8. Барях A. А., Губанова E. А. О мерах охраны калийных рудников от затопления // Записки Горного института. — 2019. — № 240. — С. 613–620. DOI: 10.31897/ PMI.2019.6.613.

9. Baryakh A. A., Stazhevskii S. B., Timofeev E. A. Strain state of a rock mass above karst cavities // Journal of Mining Science. 2008, vol. 44(6), pp. 531–538. DOI: 10.1007/s10913008-0059-1.

10. Зубов В. П., Сокол Д. Г. Влияние температуры на проведение работ по совершенствованию системы отработки калийных отложений Старобинского месторождения // Горный журнал. — 2020. — № 10. — С. 74–79. DOI: 10.17580/gzh.2020.10.07.

11. Санковский А. А., Ковальский Е. Р. Оценка параметров напряженно-деформированного состояния массива в окрестности очистных камер // Записки Горного института. — 2014. — № 207. — С. 63–65.

12. Гусев В. Н., Илюхин Д. А., Алексенко А. Г. Определение параметров зоны водопроводящих трещин через горизонтальные деформации подрабатываемой толщи // Записки Горного института. — 2013. — № 204. — С. 69–73.

13. Гусев В. Н. Прогноз безопасных условий разработки свиты угольных пластов под водными объектами на основе геомеханики техногенных водопроводящих трещин // Записки Горного института. — 2016. — № 221. С. 638–643. DOI: 10.18454/pmi.2016.5.638.

14. Gusev V. N., Maliukhina E. M., Volokhov E. M. Assessment of development of water conducting fractures zone in the massif over crown of arch of tunneling (construction) // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019, no. 2, pp. 635–643.

15. Кудряшов А. И. Верхнекамское месторождение солей. 2–е издание. — М.: Эпсилон Плюс, 2013. — 378 с.

16. Джиноридзе Н. М. Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. — СПб–Соликамск: ОГУП, 2000. — 400 с.

17. Baryakh A. A., Lobanov S. Y., Lomakin I. S. Analysis of time-to-time variation of load on interchamber pillars in mines of the Upper Kama Potash Salt Deposit // Journal of Mining Science. 2015, vol. 51(4), pp. 696–706. DOI: 10.1134/S1062739115040064.

18. Vermeer P. A. Non-Associated Plasticity for Soils: Concreteand Rock // Heron. 1984, no. 29(3), pp. 3–64. DOI: 10.1007/978-94-017-2653−5_10.

19. Rauche H. Die Kaliindustrie im 21. Jahrhundert. Springer, Vieweg, 2016. 580 p.

20. Шиман М. И. Предотвращение затопления калийных рудников. — М.: Недра, 1992. — 176 с.

21. 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 Geolosko Naftni Zbornik. 2022, no. 12, pp. 151−162. DOI: 10.17794/rgn.2022.1.13.

22. Gendler S. G., Fazylov I. R. Methods of regulation air temperature in the Russian oil mains // Topical issues of Rational Use of Natural Resources. — London: Taylor & Francis Group, 2019. — pp. 16−21. DOI: 10.1201/9781003014577−3.

23. Гендлер С. Г., Фазылов И. Р. Оценка эффективности использования закрытой системы сбора нефти для нормализации микроклимата в эксплуатационных галереях нефтяных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 9. — С. 65–78. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_65.

24. Karasev M. A., Sotnikov R. O., Sinegubov V. Y., Egorova N. A., Makarov K. V., Thorikov A. I. Development of a model for predicting the dynamic effect on the stability of rock excavation // Journal of Physics: Conference Series. — 2019. vol 1384(1). рp. 1–7. DOI: 10.1088/1742−6596/1384/1/012051.

25. Zhou H., Liu D., Lei G., Xue D., Zhao Y. The Creep-Damage Model of Salt Rock Based on Fractional Derivative // Energies. 2018, no. 11, pp. 1–9. DOI: 10.3390/en11092349.

26. Wu F., Chen J., Zou Q. A nonlinear creep damage model for salt rock. International // Journal of Damage Mechanics. 2018, no. 28(5), pp. 1–14. DOI:10.1177/1056789518792649.

27. Зуев Б. Ю., Зубов В. П., Смычник А. Д. Определение статических и динамических напряжений в физических моделях слоистых и блочных массивов горных пород // Горный Журнал. — 2019. № 7. — С. 61–72. DOI: 10.17580/gzh.2019.07.02.

28. Guo J., Liu X., Huang W. Mohr-Coulomb Strength Criterion Based on Elastic Strain Energy // Journal of Tongji University. 2018, vol. 46, pp. 1168–1174. DOI: 10.11908/j. issn.0253−374x.2018.09.002.

29. Ермашов А. О. Геомеханическое обоснование расчетов оседания земной поверхности при добыче калийно-магниевых руд (на примере Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей): Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Пермь: Горный институт УрО РАН, 2015. — 20 с.

30. Zhang Y., Xiong X., Musa M., Lyu X. Analysis of a compressive strength model for FRP‐confined damaged concrete columns based on the Drucker–Prager yield criterion // Structural Concrete. 2022, vol. 24, pp. 721–735. DOI: 10.1002/suco.202100584.

31. Taheri S. R., Pak A., Shad S., Mehrgini B., Razifar M. Investigation of rock salt layer creep and its effects on casing collapse // International Journal of Mining Science and Technology. 2020, no. 30, pp. 357–365. DOI: 10.1016/j.ijmst.2020.02.001.

32. Taheri S. R., Pak A. Casing Failure in Salt Rock: Numerical Investigation of its Causes // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020, no. 59, pp. 3903–3918. DOI: 10.1007/s00603-020-02161-9.

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.