Пермские ученые помогут предотвратить затопления калийных рудников
Новый способ расчета параметров для метода камерной системы разработки калийных месторождений, учитывающий наличие и прочность всех разнородных слоев горных пород, которые залегают над продуктивной толщей калийных солей, разработали специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Горного Института УрО РАН, 11 марта сообщила пресс-служба ПНИПУ.
Среди многих факторов, осложняющих разработку Верхнекамского месторождения калийных солей, один из важнейших — это растворимость солей и залегающие над продуктивной соляной толщей водонасыщенные породы. Чтобы предотвратить затопления рудника и образования провалов его земной поверхности, необходимо сохранять водозащитную толщу.
С этой целью при разработке месторождения используют камерную систему, при которой выемку осуществляют короткими очистными забоями — камерами, оставляя между ними часть соляных запасов — целиков. Их задача — поддерживать вышележащую толщу породы, предотвращая появление трещин и прорывов воды в пространство, где работают люди и находится соответствующее оборудование.
Для этого необходимо предварительно провести расчет несущей способности целиков и определить степень их нагруженности, чтобы они не разрушались, а бесконечно длительное время оставались устойчивыми.
Правильность расчета несущей способности соляных целиков зависит от учета множества факторов. В основном это слоистость строения породы и наличие в ней слабых глинистых прослоев, которые чередуются между слоями сильвинита и каменной соли.
Хотя в большинстве разрабатываемых участков Верхнекамского месторождения толщина глинистых прослоев составляет не более нескольких сантиметров, однако есть и участки с аномальным строением, в которых слои глины достигают нескольких десятков сантиметров и более, что значительно снижает устойчивость и сохранность соляных целиков.
Практика показала, что при таких аномалиях глинистых прослоев существующие методы расчета несущей способности целиков дают не совсем корректные результаты. Чтобы решить эту проблему, исследователи Пермского Политеха и Горного Института УрО РАН внесли корректировки в стандартный метод расчета прочности целиков, которые учли влияние слабых глинистых слоев значительной мощности.
Для определения необходимых изменений ученые изготовили около тысячи двухслойных, трехслойных и четырехслойных искусственных образцов целиков с фиксированными прочностными свойствами и толщиной слоев и в лабораторных условиях испытали их на сжатие.
Старший преподаватель кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ Артем Ударцев рассказал о полученных результатах:
«Проведенный комплекс экспериментов позволил установить, что с уменьшением толщины слабого слоя прочность слоистых образцов увеличивается. При этом максимальные деформации приходятся на наиболее слабый слой, являющийся местом начала разрушения образца. На основании полученных результатов было разработано новое уравнение расчета эквивалентной прочности целиков, которое учитывает как наличие разнопрочных слоев, так и влияние слабых глинистых прослоек различной толщины».
Тестирование нового уравнения расчета несущей способности соляных целиков было проведено на реальных участках месторождения с повышенным и нормальным содержанием глины. В результате было установлено, что новое уравнение позволяет выполнять более точную оценку несущей способности для условий высокой глинизации по сравнению с нормативной методикой.
Результаты исследования нового метода расчетов были представлены в статье, опубликованной в журнале «Известия ТулГУ. Науки о Земле», 2024 год. Метод, как уверены его разработчики, сделает более безопасным проведение горных работ по добыче калийных солей.
