Деформирование и разрушение соляных пород при разработке месторождений

С.А. Константинова, С.А. Чернопазов (Пермь)

При разработке месторождений полезных ископаемых могут иметь место негативные события и катастрофы, которые инициируются природными и техногенными факторами. В настоящее время нет альтернативы расчетным методам для определения параметров горных работ. Целью работы является дальнейшее развитие механических моделей поведения породного массива, сложенного соляными породами, при его разработке подземным способом.

В работе выполнен анализ лабораторных исследований поведения соляных пород на различных стадиях деформирования, а также анализ деформационного разупрочнения и повреждаемости. Процесс деформирования рассматривается как многостадийный. На первой и второй стадии деформирования поведение породы описывается нелинейной теорией наследственности с учетом длительной прочности и дилатансии. При построении ядер ползучести учтены и скорректированы обнаруженные особенности ползучести лабораторных образцов, связанные с разуплотнением и начальной поврежденностью. Разупрочнение на третьей стадии является преимущественно деформационным. В качестве модели деформирования разупрочняющейся породы предложен вариант теории пластичности. Дана постановка и обоснование краевой задачи вязкоупругопластичности о возмущении напряженно - деформированного состояния начально напряженного реологически равновесного породного массива, сформулирован вариационный принцип и разработан алгоритм численного решения вариационной задачи.

Предполагается, что история деформирования породного массива, предшествующая возмущению напряженного состояния, не оказывает влияние на реологические процессы деформирования. Задача ставится в приращениях деформаций, отсчитываемых с момента возмущения, и в полных компонентах тензора напряжений. Такой подход позволяет адекватно моделировать энергию формоизменения, определяющую интенсивность реологических процессов, поле перемещений и взаимодействие на контактах.

Выполнено сопоставление расчетных результатов с известными решениями других авторов и натурными данными для горно - геологических условий рудника «Интернациональный», исследованы закономерности деформирования и разупрочнения пород в вертикальных и горизонтальных одиночных выработках в строящемся руднике «Мир» на кимберлитовых месторождениях России - Якутии. Выполнен анализ влияния параметров горных работ при эксплуатации пластового калийного месторождения в геодинамически опасной зоне на Верхнекамском месторождении калийных и калийно - магниевых солей.