Причины разрушения крепи стволов в соляных породах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

8. Константинова С.А., Ольховиков Ю.П. О взаимодействии бетонной крепи ствола с соляными породами // Шахт. стр-во. - 1985. - № 4.

9. Охрана вертикальных стволов, сору-жаемых в породах, обладающих ползучестью / Ю.С. Обручев, С.И. Абашин, А.Д. Мишедченко, Н.К. Зво-нарев // Шахт. стр-во. - 1983. - № 9.

10. Геомеханические аспекты устойчивости горных выработок на калийном руднике «Пийло» / Б.Г. Тарасов, В.М. Глоба, П.К. Гаркушин, А.П. Парфенов // Шахт. стр-во. - 1989. - № 8.

11. Физико-механические свойства породных образцов Чарской свиты применительно к освоению подкарьерных запасов кимберлитовых

трубок «Интернациональная» и «Мир» / С.А. Константинова, Н.П. Крамсков, Н.С. Азанова, Т.Ю. Журавлева // Горн. информ.-аналит. бюл. - М.: Изд-во МГГУ, 2002. - № 10.

12. Механика соляных пород и массивов применительно к отработке подкарьерных запасов кимберлитовых месторождений России - Якутии / С.А. Константинова, С.А. Чернопазов, Н.С. Азанова и др. // Сб. науч. ст. - Пермь; Соликамск: ОАО «Галургия». - 2002.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------

Константинова Светлана Александровна - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией геоди-намической безопасности Уральского научно-исследовательского и проектного института галургии (ОАО «Галургия»), г. Пермь.

Крамсков Николай Петрович - кандидат технических наук, зам. директора по науке института «Якутнипро-алмаз», г. Мирный.

Филатов Александр Павлович - кандидат технических наук, главный горняк, зам. главного инженера по подземным и специальным работам АК «АЛРОСА», г. Мирный.

Сороченко Максим Константинович - инженер II кат. лаб. подземных горных работ института «Якутнипро-алмаз», г. Мирный.

------------------------------------- © С.В. Сергеев, А.Д. Мишедченко,

2004

УДК 622.283

С.В. Сергеев, АД. Мишедченко

ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ КРЕПИ СТВОЛОВ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ

Семинар № 14

~П странах СНГ имеются свыше 100 ме--Я-М сторождений соляных отложений [1]. В начале глубина разработки была невелика и проявления горного давления, были незначительны. По этой причине шахтные стволы в соляном массиве либо не крепились, либо применялись ограждающие конструкции. С увеличением глубины распространение получила крепь из кирпича, бетона и тюбингов. В настоящее время широко применяется комбинированная крепь из чугунных тюбингов и слоя

бетона. Исследованиями [2] установлено, что при нагрузках 15-20 МПа соляные породы переходят из хрупкого к пластическому состоянию. То есть начиная с глубины свыше 300 м распределение напряжений в массиве становится близким к гидростатическому. Разрушение постоянной крепи стволов в соляных породах, вследствие ползучести массива, наблюдалось на многих рудниках [3]. Однако долговременных натурных исследований за этим явлением в стволах почти не проводились. Име-

Наименование Глубина, Нагрузки в МПа за время в сут.

стволов м 20 40 60 80 100

Ствол №9 Закарпатского солерудника 492 1,21 2,45 3,25 4,05 4,60

Вентиляционный ствол рудника «Пийло» 491 1,62 2,75 3,49 4,10 4,51

ется только работа Меркулова А.В. проведенная на Закарпатском солеруднике на глубине до 135 м [4].

Нами в течении 8 лет проводились натурные наблюдения на двух объектах: в стволе №9 Закарпатского солерудника и в вентиляционном стволе рудника «Пийло» в интервале глубин от 480 до 524 м [5]. В этих стволах, по ранее апробированной методике [6] были установлены замерные станции для измерения деформаций в слоях крепи.

Ствол №9 Закарпатского солерудника сооружался в каменной соли, а вентиляционный ствол рудника «Пийло»- в соленосной глине с содержанием галита до 50 %. Стволы диаметром в свету 7.0 м проходились буровзрывным способом и закреплялись тюбинго- бетонной крепью. Несмотря на это произошли разрушения крепи с последующим перекреплением. Замерные станции установленные в этих интервалах позволили раскрыть механизм формирования нагрузок и определить причины разрушения крепи в соляных породах. В таблице приведены некоторые результаты измерений.

Для описания массива соляных пород нами была использована теория линейной наследственной ползучести с использованием метода переменных модулей. Для оценки величин радикальных нагрузок была использована зависимость:

р = [а0 - (20/ Ио) ио] / (1+204/ В ^), (1)

где а0 - горизонтальные напряжения в нетронутом массиве; О - первоначальный модуль сдвига; 04 - переменный модуль сдвига; Ио -радиус крепи; И0 - смещение контура крепи; В - жесткость крепи.

Расчеты были проведены с использованием физико-механических и реологических характеристик пород рудника «Пийло» для глубины 520 м, где были проведены натурные наблюдения за состоянием крепи.

Полученные результаты представлены в виде графиков на рис. 1. Видно, что график фактического нагружения значительно отличается от теоретического.

о гоа 400 воо зоо 1000

Рис. 1. График фактической (1) и теоретической (2) величин нагрузок на крепь в вентиляционном стволе рудника «Пийло» на глубине 520 м

Рис. 2. Характеристика радикальных смещений крепи выше сопряжения на глубине 323 м (рудник «Пийло»

Такие же расхождения получены и на других отметках. На наш взгляд, первой причиной разрушения крепи в соляных породах заключается в отсутствии достоверных методов расчета крепи.

Это приводит к тому, что проектировщики выбор параметров крепи производят приближенно с использованием аналогов.

Результаты приведенные выше относятся к интервалам, где влияние выработок сопряжений минимально. Основные разрушения крепи происходят в зоне влияния этих выработок.

1. Иванов А.А., Воропаев М.Л. Галогенные формации. - М.: Недра, 1972.

2. Проскуряков Н.М., Пермяков Р.С.. Черников А.К. Физико-механические свойства соляных пород. - Л.: Недра, 1973.

3. Опъховиков Ю.П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. - М.: Недра, 1984.

4. Меркулов А.В. Взаимодействие крепи стволов с соляным массивом. - ВКН.: Механика подземных

Рис. 3. Характер разрушения тюбингов выше сопряжения

Крепь сопряжений вентиляционного ствола представляет собой монолитный железобетон, включающий в себя арочную крепь из спец-профиля СВП-27. Однако, в первую очередь произошло разрушение этой крепи. Это привело к тому, что массив соляных пород выше сопряжения начал перемещаться вниз. При этом тюбинговая крепь начала испытывать значительные неравномерные нагрузки. На рис. 2 показан характер деформирования тюбингового кольца выше сопряжения на глубине 323 м.

Радиальные смещения крепи со стороны массива пород произошло вовнутрь, а со стороны выработок сопряжения - в противоположную сторону. Разрушение тюбингов произошло при напряжениях превышающих предел прочности чугуна на изгиб (свыше 400 МПа). Характер разрушения показан на рис. 3.

Таким образом, в соляных породах второй причиной разрушения крепи является неучет влияния сопряжений на формирование нагрузок на крепь ствола.

Наши наблюдения показывают, что по мере проходки выработок околоствольного двора происходит уменьшение нагрузок. Это вызвано «течением» соляных пород в стороны от ствола. Используя этот фактор необходимо проектирование крепи стволов в соляных породах производится с учетом комплекса работ по проходке выработок околоствольного двора.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сооружений. - Тула: ТПИ, 1982.

5. Казикаев Д.М., Сергеев С.В., Черныш А. С. Нагружение крепи ствола сооруженного в солях. -ВКН.: Механика подземных сооружений. - Тула: ТПИ, 1990.

6. Казикаев Д.М., Сергеев С.В. методы и приборы оценки напряженного состояния крепи стволов// Проблемы механики горных пород. - Тр.Х1-й Росс. конф. -С.П., 1997.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Сергеев С.В. - профессор, доктор технических наук, БелГУ, г. Белгород. Мишедченко А.Д. - кандидат технических наук, Шахтспецстройпроект, г. Москва.