Разработка метода определения напряженного состояния горного массива при взрывной проходке выработок

Предложено расширение комплекса способов определения напряженного состояния массива горных пород. Получена теоретическая формула расчета величины напряженного состояния, основанная на определении диаметра зоны раздавливания («стакана») после взрывания шпурового заряда ВВ в горном массиве. Взрыв заряда ВВ в шпуре (скважине) создает определенное давление, которое, суммируясь с горным давлением в окружаемом массиве, создает вблизи заряда ВВ зону раздавливания (мелкодисперсного дробления), размер которой увеличивается при увеличении горного давления. В выработках шахты им. Губкина комбината «КМАруда» проведены промышленные экспериментальные исследования с определением физико-технических параметров горного массива, геометрических параметров «стаканов» и кусков породы. Всего проведены исследования после взрыва 55 шпуров на горизонте −250 м, глубина 445 м. Сопоставление опытных данных зависимости диаметра «стакана» от предела прочности на сжатие железистых кварцитов и расчетных по формулам указывает на правомерность формул. Расчетные значения напряженного состояния массива, определенные взрывным методом (26,5–42,2 МПа), соответствуют значениям, полученным ОАО «ВИОГЕМ» методами разгрузки на больших базах и щелевой разгрузки (15,0–40,0 МПа), что указывает на правомерность формулы расчета. Преимуществом взрывного способа определения горного давления является его оперативность, экономичность за счет возможности использования технологических взрывов шпуров при проходке выработок. Настоящие исследования можно использовать для создания взрывного метода расчета напряженного состояния горного массива.

Тюпин В. Н., Пономаренко К. Б. Разработка метода определения напряженного состояния горного массива при взрывной проходке выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 8. – С. 27–37. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_8_0_27.

Тюпин Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: tyupinvn@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3709-0957,
Пономаренко Константин Борисович¹ — аспирант, инженер, ОАО «ВИОГЕМ», лаборатория горного давления и сдвижения горных пород, e-mail: ponomarenkokb@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-1745-9670,
¹ Белгородский государственный национальный исследовательский университет.

Пономаренко К.Б., e-mail: ponomarenkokb@yandex.ru.

1. Тюпин В. Н., Рубашкина Т. И. Взрывные методы определения напряженного состояния массивов горных пород // ФТПРПИ. — 2018. — № 4. — С. 44—50.

2. Тюпин В. Н. Взрывные и геомеханические процессы в трещиноватых напряженных горных массивах. — Белгород: ИД «Белгород», 2017. — 192 с.

3. Сергеев С. В., Синица И. В. Геомеханическое сопровождение подземной отработки железных руд на комбинате «КМАруда» // Горный журнал. — 2019. — № 8. — С. 30—33. DOI: 10.17580/gzh.2019.08.05.

4. Адушкин В. В., Анисимов В. Н. Геодинамическая и геоэкологическая безопасность и пути ее решения в регионе КМА / Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и на сопредельных территориях. Материалы VII Международной научной конференции (памяти проф. Петина А.Н.). — Белгород, 2017. — С. 13—20.

5. Duc-Phi Do, Nam-Hung Tran, Hong-Lam Dang, Dashnor Hoxha Closed-form solution of stress and stability analysis of wellbore in anisotropic permeable rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 113, pp. 11—23. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2018.11.002.

6. Xia-Ting Feng, Jianpo Liu, Bingrui Chen, Yaxun Xiao, Guangliang Feng, Fengpeng Zhang Monitoring, warning, and control of rockburst in deep metal mines // Engineering. 2017, vol. 3, no. 4, pp. 538—545. DOI: 10.1016/J.ENG.2017.04.013.

7. Li C. C. Principles of rockbolting design // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017, vol. 9, no. 3, pp. 396—414. DOI: 10.1016/j.jrmge.2017.04.002.

8. De Souza J. C., Da Silva A. C. S., Rocha S. S. Analysis of blasting rocks prediction and rock fragmentation results using split-desktop software // Tecnologia em Metalurgia Materiais e Mineração. 2018, vol. 15, no. 1, pp. 22—30. DOI: 10.4322/2176-1523.1234.

9. Самойлов В. Л., Нефедов В. Е. Управление состоянием массива горных пород. — Донецк: ДОННТУ, 2016. — 204 с.

10. Павлов А. М. Прогноз геомеханического состояния массива горных пород глубоких горизонтов Зун-Холбинского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 105—114. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-50-105-114.

11. Хмелинин А. П. Разработка комплексного геофизического метода для выбора места заложения скважин геомеханических измерений и контроля процесса их бурения. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2014. — 165 с.

12. Тюпин В. Н. Механизм формирования зоны остаточных напряжений при взрывании в трещиноватом гранитном массиве рудников ПАО «ППГХО» // Горный журнал. — 2020. — № 10. — С. 60—64. DOI: 10.17580/gzh.2020.10.04.

13. Шкуратник В. Л. Методы определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. — М.: МГГУ, 2012. — 112 с.

14. Брызгалов В. И., Барышников В. Д., Булатов В. А., Гахова Л. Н. Контроль напряженно-деформированного состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС // Гидротехническое строительство. — 2000. — № 10. — С. 51—55.

15. Рассказов И. Ю., Федотова Ю. В., Сидляр А. В., Потапчук М. И. Анализ проявлений техногенной сейсмичности в удароопасном массиве пород Николаевского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11. — С. 46—56. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-11-0-46-56.

16. Менгель Д. А. Изменение первоначального напряженного состояния северного участка Соколовского месторождения в процессе отработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 138—148. DOI: 10.25018/023614932020-31-0-138-148.

17. Тюпин В. Н., Кубликов С. Н. Предельные параметры буровзрывных работ при отбойке руды глубокими скважинами в камерах шахты им. Губкина АО «Комбината КМАруда» // Горная промышленность. — 2020. — № 4. — С. 92—97. DOI: 10.30686/1609-91922020-4-92-97.

18. Singh S. P., Abdul H. Investigation of blast design parameters to optimize fragmentation. Rock Fragmentation by Blasting // Fragblast. 2013, vol. 10, pp. 181—187. DOI: 10.1201/ b13759-23.

19. Масаев Ю. А., Масаев В. Ю. Исследование условий формирования зон трещинообразования в породном массиве при сооружении горных выработок с применением взрывных работ // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2020. — № 1. — С. 17—22.

20. Масаев Ю. А. Исследование влияния напряженного состояния горного массива на эффективность взрывных работ // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2002. — № 5. — С. 53—54.

21. Адушкин В. В., Кишкина С. Б., Куликов В. И., Павлов Д. В., Анисимов В. Н., Салтыков Н. В., Сергеев С. В., Спунгин В. Г. Построение системы мониторинга потенциально опасных участков Коробковского месторождения Курской магнитной аномалии // ФТПРПИ. — 2017. — № 4. — С. 3—13.

22. Казикаев Д. М. Геомеханика подземной разработки руд. — М.: МГГУ, 2009. — 542 с.