Изучение устойчивости горных выработок в соляных породах

Представлено исследование напряженно-деформированного состояния пород, вмещающих одиночные горные выработки, пройденные в сильвинитовом пласте на глубине 1100 м. Вблизи кровли выработок залегают ангидритовые и ангидрит-доломитовые породы, вблизи почвы — карналлитовые. Основные результаты получены по данным математического моделирования. Численная реализация модели выполнена методом конечных элементов в программном комплексе «ANSYS» с использованием упруго-вязко-пластической модели среды. Параметрическое обеспечение модели выполнено на основе лабораторных исследований породных образцов. По данным инструментальных наблюдений за характером деформирования горных выработок в натурных условиях проведена верификация модели. Численные эксперименты выполнены на примере одиночной горной выработки с овально-арочной формой поперечного сечения шириной 6,0 м и высотой 3,7 м. Установлено, что устойчивость одиночной горной выработки, пройденной в соляных породах, определяется положением ее поперечного сечения относительно слабых карналлитовых пород, залегающих вблизи почвы, и прочных ангидритовых и ангидрит-доломитовых отложений, залегающих вблизи кровли выработки. Получены зависимости для оценки размеров областей запредельного деформирования вмещающих горные выработки пород. Показано, что существует оптимальная мощность соляных пород, отделяющих кровлю выработки от ангидритовых и ангидрит-доломитовых отложений. По результатам анализа величин смещений породного контура в зависимости от времени установлено, что близкое залегание ангидритовых и ангидрит-доломитовых пород к кровле выработки, пройденной в соленосных отложениях, изменяет характер деформирования породного контура. Полученные результаты предназначены для научного сопровождения проектирования горных выработок.

Ключевые слова: соляные породы, ползучесть соляных пород, критерий Кулона-Мора, горные выработки в соляных породах, устойчивость горных выработок, свойства соляных пород, свойства ангидритовых пород, свойства ангидрит-доломитовых пород, смещение контура горной выработки.
Как процитировать:

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.

Благодарности:

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и образования РФ в рамках соглашения по государственному заданию № 075-03-2021-374 от 29 декабря 2020 г., а также при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научного проекта № 19-45-590004.

Номер: 9
Год: 2021
Номера страниц: 36-47
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.016
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_9_0_36
Дата поступления: 07.04.2021
Дата получения рецензии: 28.06.2021
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.08.2021
Информация об авторах:

Морозов Иван Александрович1 — старший преподаватель, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: imorozov.work@yandex.ru,
Паньков Иван Леонидович1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
Токсаров Валерий Николаевич1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
1 Горный институт Уральского отделения РАН.

 

Контактное лицо:

Морозов И.А., e-mail: imorozov.work@yandex.ru.

Список литературы:

1. Свидзинский С. А., Музалевский М. М., Ковальский Ф. И. Гремячинское месторождение сильвинитов / Новые данные по геологии соленосных бассейнов Советского Союза. — М.: Наука, 1986. — С. 204–219.

2. 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: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-113-12.

3. Иофис М. А., Есина Е. Н., Мараков В. Е., Чистяков А. Н. Геомеханические критерии безопасной отработки Гремячинского месторождения калийных солей // Маркшейдерский вестник. — 2011. — № 4. — С. 44–52.

4. Морозов И. А., Ударцев А. А., Паньков И. Л. Анализ деформирования соляных пород Гремячинского и Верхнекамского месторождений в лабораторных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 10. — С. 16–28. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-16-28.

5. Константинова С. А., Крамсков Н. П., Соловьев В. А. Некоторые проблемы механики горных пород применительно к отработке алмазных месторождений Якутии. — Новосибирск: Наука, 2011. — 222 с.

6. Бельтюков Н. Л. Разработка скважинного метода измерения напряжений в массиве горных пород на основе эффекта Кайзера: Дис. канд. техн. наук. — Пермь: ГИ УрО РАН,

2018. — 159 c.

7. Baryakh A. A., Devyatkov S. Y., Samodelkina N. A. Theoretical explanation of conditions for sinkholes after emergency flooding of potash mines // Journal of Mining Science. 2016, vol. 52, no. 1, pp. 36–45. DOI: 10.1134/S1062739116010101.

8. Константинова С. А. Об одной феноменологической модели деформирования и разрушения соляных пород при длительном действии сжимающих нагрузок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1983. — № 3. — С. 8–13.

9. Jianqiang Deng, Yaoru Liu, Qiang Yang, Wei Cui, Yinbang Zhu, Yi Liu, Bingqi Li A viscoelastic, viscoplastic, and viscodamage constitutive model of salt rock for underground energy storage cavern // Computers and Geotechnics. 2019, vol. 119, pp. 1–14. DOI: 10.1016/j.compgeo.2019.103288.

10. Fei Wu, Hao Zhang, Quanle Zou, Cunbao Li, Jie Chen, Renbo Gao Viscoelastic-plastic damage creep model for salt rock based on fractional derivative theory // Mechanics of Materials. 2020, vol. 150, pp. 1–14. DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103600.

11. Ставрогин А. Н., Тарасов Б. Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. — СПб.: Наука, 2001. — 343 с.

12. Fei Wu, Jie Chen, Quanle Zou Anonlinear creep damage model for salt rock // International Journal of Damage Mechanics. 2018, vol. 28, no. 5, pp. 1–14. DOI: 10.1177/1056789518792649.

13. Агеенко В. А., Скворцов А. А. Изучение реологических свойств каменной соли в условиях сверхдлительного одноосного нагружения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 11. — С. 27–34. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-11-0-27-34.

14. Башура А. Н. Прогнозирование состояния выработок на глубоких горизонтах калийных рудников Старобинского месторождения и обоснование эффективных способов охраны: Дис. канд. техн. наук. — Солигорск: ЗАО «СИПР c ОП», 2004. — 146 с.

15. Huang Xiao Lan, Chao Yu Studies of hard interlayer’s influence on the creep deformation of salt rock cavity // Advanced Materials Research. 2012, vol. 594–597, pp. 452–455. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.594-597.452.

16. Motta G. E., Pinto C. L. New constitutive equation for salt rock creep // Rem Revista Escola de Minas. 2014, vol. 67, no. 4, pp. 397–403. DOI: 10.1590/0370-44672014670165.

17. Пестренин В. М., Пестренина И. В., Мерзляков А. Ф. Ползучесть образцов каменной соли в опытах на сжатие // Известия вузов. Горный журнал. — 2012. — № 1. — С. 119–124.

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.