Развитие напряженно-деформированного состояния комбинированной крепи вертикального ствола, пройденного в соляном массиве

Представлено исследование развития напряженно-деформированного состояния комбинированной крепи протяженного участка вертикального ствола, пройденного в соляном массиве на глубине 1250 м. Прогноз напряженно-деформированного состояния крепи выполнялся для 4 участков по трассе ствола, расположенных на глубине 500 м, 750 м, 1000 м 1250 м. В рамках исследования выполнен анализ развития напряженно-деформированного состояния комбинированной крепи ствола, рассмотренных участков для: чугунно-бетонной (жесткой) крепи и податливой крепи, внутренний слой выполнен из чугунных тюбингов, а внешний — из пенополистирола. Величина бетонного и податливого слоя принималась равной 300 мм. Для увеличения точности прогноза напряженно-деформированного состояния чугунная тюбинговая колонна рассматривается с учетом геометрической конфигурации тюбинга с маркировкой типоразмера 7,5—100 из чугуна марки ВЧ-70. Решение задачи выполняется в объемной постановке с учетом развития длительных деформаций ползучести, реализующихся за срок эксплуатации горной выработки — 50 лет. Величина начального поля напряжений равна гидростатическому давлению на рассматриваемых участках вертикального ствола. В рамках исследовательской работы выполнено сравнение напряжений в чугунной тюбинговой крепи и даны рекомендации по области применения той или иной конструкции крепи.

Протосеня А. Г., Катеров А. М. Развитие напряженно-деформированного состояния комбинированной крепи вертикального ствола, пройденного в соляном массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6—1. — С. 100—113. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_100.

Катеров Андрей Максимович — аспирант, https://orcid.org/0000-0002-8566-4724, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, линия 21-ая В. О., дом 2, e-mail: andrey.katerov292@gmail.com;
Протосеня Анатолий Григорьевич — докт. техн. наук, профессор, https://orcid. org/0000-0001-7829-6743, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, СанктПетербург, линия 21-ая В. О., дом 2, e-mail: Protosenya_AG@pers.spmi.ru.

Катеров Андрей Максимович, e-mail: andrey.katerov292@gmail.com.

1. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. — М.: Горная книга, 2011. — 244 с.

2. Ольховиков Ю. П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. — М.: Недра, 1984. — 238 с.

3. Булычев Н. С., Абрамсон Х. И. Крепь вертикальных стволов шахт. — М.: Недра, 1978. — 300 с.

4. Карасев М. А., Буслова М. А., Вильнер М. А., Нгуен Т. Т. Методика прогноза напряженно-деформированного состояния крепи вертикального ствола на участке сопряжения с горизонтальной выработкой в соляных породах // Записки Горного института. – 2019. – Т. 240. – С. 628—637. https://doi.org/10.31897/pmi.2019.6.628.

5. Соловьев В. А., Апт.уков В. Н., Котляр Е. К. Геомеханические и технологические аспекты совершенствования конструкции шахтных стволов в соляных породах // Горный журнал. – 2015. – № 11. – С. 24—28.

6. Соловьев В. А., Аптуков В. Н., Ваулина И. Б. Поддержание горных выработок в породах соленосной толщи: Теория и практика. — Новосибирск: Наука, 2017. — 264 с.

7. Hollingsworth S. E., Colbeck S. O., Auld F. A. Design of shaft linings to resist time dependent deformation in evaporite rocks. Mining Technology, 2013, vol. 122, pp. 221—227.

8. Качурин Н. М., Афанасьев И. А., Пестрикова В. С., Стась П. П. Мониторинг устойчивости вертикальных стволов калийных рудников // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2020. – № 3. – С. 304—317.

9. Du Judeel G. T., Keyter G. J., Harte N. D. Shaft Sinking and Lining Design for a Deep Potash Shaft in Squeezing Ground. Harmonising Rock Engineering and the Environment — Proceedings of the 12th ISRM International Congress on Rock Mechanics, 2012, pp. 1697— 1704.

10. Georgiannou V. N., Serafis A., Pavlopoulou E. M. Analysis of a vertical segmental shaft using 2D & 3D finite element codes. International Journal of GEOMATE, 2017, vol. 13, pp. 138—146.

11. Hasan O., Erdogan G. A methodology for lining design of circular mine shafts in different rock masses. International Journal of Mining Science and Technology, 2016, vol. 26(5), pp. 761—768.

12. Fabich S., Bauer J., Rajczakowska M., Switon S. Design of the shaft lining and shaft stations for deep polymetallic ore deposits: Victoria mine case study. Mining Science, 2015, vol. 22, pp. 127 – 146.

13. Tiutkin O., Miroshnyk V., Radkevych A., Alkhdour A. Nonuniform stress state of a hoisting shaft lining as a result of disturbance of the ground freezing technology. E3S Web of Conferences, 2019, vol. 109, pp. 1—6.

14. Yudan J. Numerical Modelling of Shaft Lining Stability. Abstract of Ph.D. Dissertation. — Nottingham, 2010. — 311 p.

15. Кириенко Ю. А. Расчет крепи сопряжений стволов в породах, склонных к ползучести // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 142–153. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_142.

16. Паньков И. Л., Морозов И. А. Деформирование соляных пород при объемном многоступенчатом нагружении // Записки Горного Института. – 2019. – Т. 239. – С. 510— 519.

17. Козловский Е. Я., Журавков М. А. Определение и верификация параметров расчетной модели соляных пород с учетом разупрочнения и ползучести // Записки Горного института. – 2021. – Т. 247. – С. 33—38.

18. 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.

19. Van Sambeek L. L. Creep of rock salt under inhomogeneous stress conditions Abstract of Ph.D. Dissertation. Colorado, 1986. — 325 p.

20. Dawson P. R., Munson D. E. Numerical simulation of creep deformations around a room in a deep potash mine. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1983, vol. 20, pp. 33—42.

21. Labuz J. F., Zang A. Mohr – Coulomb failure criterion. The ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring. 2012, vol. 45(6), pp. 227—231.

22. Deshpande V. S., Fleck N. A. Isotropic Constitutive Model for Metallic Foams. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2000, vol. 48, pp. 1253—1276.