Напряженное состояние породного массива в условиях Гремячинского калийного месторождения

Представлены результаты натурных исследований напряженного состояния соляных и ангидрит-доломитовых пород в условиях Гремячинского месторождения калийных солей. Измерение напряжений выполнено как в одиночных горных выработках, так и в конструктивных элементах системы разработки с помощью метода, основанного на проявлении эффекта Кайзера в горных породах. На основе выполненных исследований проведена оценка коэффициента бокового давления (распора) для соляных пород месторождения. Установлено, что для соляных пород в условиях месторождения характерно напряженное состояние, близкое к гидростатическому. Определены направления действия главных напряжений. В ангидрит-доломитовых породах наибольшее значение принимает горизонтальное напряжение субширотной ориентации, минимальное значение – горизонтальное напряжение субмеридианальной, а вертикальное напряжение имеет промежуточное значение. Приведены результаты измерения напряженного состояния в барьерных целиках камерной системы разработки. Исследование выполнено в двух целиках высотой 7,0 и 8,9 м. По результатам анализа напряженного состояния вмещающих выработки пород установлено, что на всех опытных участках приконтурная часть массива находится в нарушенном состоянии, о чем свидетельствуют пониженные значения измеренных компонент напряжений. Представленные в работе результаты предназначены для обоснования мероприятий по безопасному и эффективному ведению горных работ в условиях глубокого калийного рудника.

Токсаров В. Н., Поляков И. В., Бельтюков Н. Л., Лифшиц Е. Л., Морозов И. А. Напряженное состояние породного массива в условиях Гремячинского калийного месторожденияи // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 1. – С. 100–113. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_1_0_100.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (рег. номер НИОКТР: 124020500031-4).

Токсаров Валерий Николаевич¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: toksarov@mi-perm.ru, ORCID ID: 0000-0003-0006-105X,
Поляков Илья Владимирович — канд. техн. наук,
Бельтюков Николай Леонидович¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: bnl@mi-perm.ru, ORCID ID: 0000-0002-0716-998X,
Лифшиц Евгений Львович — главный маркшейдер, ООО «ЕвроХим-ВолгаКалий», e-mail: Lifshic@eurochem.ru,
Морозов Иван Александрович¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: imorozov.work@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-6513-1293,
¹ Горный институт УрО РАН.

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

1. Wagner H. Deep mining: A rock engineering challenge // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019, vol. 52, no. 5, pp. 1417—1446. DOI: 10.1007/s00603-019-01799-4.

2. Pathegama G. Ranjith, Jian Zhao, Minghe Ju, Radhika V. S. De Silva, Tharaka D. Rathnaweera, Adheesha K. M. S. Bandara. Opportunities and challenges in deep mining: A brief review // Engineering. 2017, vol. 3, no. 4, pp. 546—551. DOI: 10.1016/J.ENG.2017.04.024.

3. Kazlouski J., Zhuravkov M. A., Bogdan S. I. Study of sylvinite heterogeneous creep characteristics and their influence on shaft stability / The Mechanical Behavior of Salt X. CRC Press. 2022, pp. 519—529. DOI: 10.1201/9781003295808-48.

4. Blanco-Martín L., Rouabhi A., Hadj-Hassen F., Jaworowicz J., Azabou M., Hévin G., Labaune P. Creep of rock salt under a large range of deviatoric stresses // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2024. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-024-03841-6#citeas (дата обращения: 24.05.2024). DOI: 10.1007/s00603-024-03841-6.

5. Baryakh A. A., Fedoseev A. K., Lobanov S. Yu. Deformations and fracture of rock strata during deep level potash mining // Procedia Structural Integrity. 2021, vol. 32. pp. 109—116. DOI: 10.1016/j. prostr.2021.09.016.

6. Асанов В. А., Евсеев А. В., Паньков И. Л., Токсаров В. Н. Исследование процессов деформирования горных пород и элементов камерной системы разработки // Горный журнал. — 2018. — № 6. — С. 13—16. DOI: 10.17580/gzh.2018.06.02.

7. Swift G. M., Reddish D. J. Underground excavations in rock salt // Geotechnical and Geological Engineering. 2005, vol. 23, no. 1, pp. 17—42. DOI: 10.1007/s10706-003-3159-3.

8. Prapasiri Junthong, Supattra Khamrat, Suratwadee Sartkaew, Kittitep Fuenkajorn Determination of time-dependent strengths of salt pillars based on strain energy principle // International Journal of Mining Science and Technology. 2019, vol. 29, no. 2, pp. 273—279. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.04.011.

9. Рыбак Я., Хайрутдинов М. М., Кузиев Д. А., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Бабырь Н. В. Прогнозирование геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой // Записки Горного института. — 2022. — Т. 253. — С. 61—70. DOI: 10.31897/PMI.2022.2.

10. Marian D.-P., Onica I. Finite element modelling of the stability of underground mining excavations at old mines — slanic salt mine // Mining Revue. 2021, vol. 27, no. 1, pp. 12—23. DOI: 10.2478/ minrv-2021-0002.

11. Wang S., Wang H., Zhu H., Wu Z., Li Z. Long-term stability analysis of pillars in salt cavern storage based on the salt rock dilatancy boundary evaluation method // Geotechnical and Geological Engineering. 2023, vol. 41, no. 6, pp. 3349—3358. DOI: 10.1007/s10706-023-02459-9.

12. Phillipson S. E. Texture, mineralogy, and rock strength in horizontal stress-related coal mine roof falls // International Journal of Coal Geology. 2008, no. 3, no. 75, pp. 175—184. DOI: 10.1016/j. coal.2008.05.018.

13. Андрейко С. С., Нестерова С. Ю. Природа внезапных разрушений приконтурной части массива при проходке подготовительных выработок в руднике Гремячинского горно-обогатительного комбината // Недропользование. — 2022. — Т. 22. — № 3. — С. 144—150. DOI: 10. 15593/2712-8008/2022.3.6.

14. Лядов В. О., Папулов А. С. Результаты исследований полной газоносности пород продуктивного пласта Гремячинского месторождения калийных солей // Проблемы недропользования. — 2023. — № 2 (37). — С. 99—111. DOI: 10.25635/2313-1586.2023.02.099.

15. Рыльникова М. В., Сахаров Е. М., Неугомонов С. С. Выбор типа и обоснование конструкции анкерной крепи горных выработок при разработке глубокозалегающих месторождений калийных солей // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2023. — № 3. — С. 279—292.

16. Морозов И. А., Токсаров В. Н., Поляков И. В., Лифшиц Е. Л. Оценка влияния очистных работ на устойчивость горных выработок калийного рудника // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2024. — № 1. — С. 226—237.

17. Dinmohammadpour M., Nikkhah M., Goshtasbi K., Ahangari K. Application of the Kaiser effect in in-situ stress measurement in rocks — An overview // The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. 2022, pp. 1—16. DOI: 10.1007/s00603-019-01799-4.

18. Xu Y., Wang H., Li M., Li P., Zhao P., Ji A., Liu L., Liu Y. Evaluation method for the bearing capacity of reinforced concrete beams based on the Kaiser effect // Buildings. 2023, vol. 13, no. 8, pp. 1—14. DOI: 10.3390/buildings13082003.

19. Nikolenko P. V., Shkuratnik V. L., Chepur M. D., Koshelev A. E. Using the Kaiser effect in composites for stressed rock mass control // Journal of Mining Science. 2018, vol. 54, no. 1, pp. 21—26. DOI: 10.1134/S1062739118013282.

20. Токсаров В. Н., Бельтюков Н. Л., Ударцев А. А., Морозов И. А., Поспелов Д. А. Результаты оценки напряжений в нетронутом массиве ангидрит-доломитовых пород // Горное эхо. — 2022. — № 2 (87). — C. 62—67. DOI: 10.7242/echo.2022.2.10.

21. Протосеня А. Г., Карасев М. А., Катеров А. М., Петрушин В. В. Анализ подходов к прогнозу напряженно-деформированного состояния крепи вертикального ствола, пройденного в соляном массиве // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2023. — № 19. — С. 129—137. DOI: 10.26160/2658-3305-2023-19-129-137.

22. Zhao Y., Wang X., Tang W., Li Y., Lin H., Wang Y., Zhang L. Creep behavior of layered salt rock under triaxial loading and unloading cycles // Applied Rheology. 2023, no. 33, pp. 1—10. DOI: 10.1515/arh-2023-0103.