Параметрическое обеспечение геомеханической оценки состояния водозащитной толщи

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ВОДОЗАЩИТНОЙ ТОЛЩИ

И.С. Ломакин

Одной из задач безопасного ведения горных работ на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей является обеспечение сплошности водозащитной толщи (ВЗТ), отделяющей продуктивные пласты калийных солей от водоносных горизонтов.

Оценка безопасных условий подработки ВЗТ в сложных горно-геологических условиях основывается на математическом моделировании развития геомеханических процессов во времени.

Решение задачи проводится в упругопластической постановке. Это позволяет непосредственно на стадии численной реализации локализовывать области пластических деформаций, которые в физическом смысле трактуются как зоны формирования техногенной нарушенности пород ВЗТ вследствие образования трещин сдвига. Условием реализации пластического режима, является выполнение неравенства:

, (1)

где касательное и нормальное напряжения вычислялись для субвертикальных направлений.

Учет фактора времени базируется на реологическом подходе, основанном на математическом описании прогнозных графиков нарастания оседаний земной поверхности [1].

В рамках линейной теории наследственной вязкоупругости принимается, что вертикальные смещения дневной поверхности изменяются во времени, согласно соотношению:

(2)

где - упругие смещения, связанные с формированием выработанного пространства; - функция влияния напряжения в момент времени на деформацию в момент времени t, - функция ползучести. Поскольку реальные графики нарастания оседаний определяются разностью полных и упругих смещений, то:

(3)

В этом случае функция ползучести определяется фактическими или прогнозными графиками нарастания оседаний земной поверхности.

На текущий момент времени функция ползучести оценивается с использованием реальных графиков нарастания оседаний земной поверхности согласно соотношению:

, (4)

где значения соответствуют данным маркшейдерских наблюдений.

Построение прогнозных графиков нарастания оседаний земной поверхности осуществляется согласно действующему нормативному документу [2]:

, (5)

где (m - вынимаемая мощность, - коэффициент извлечения с пласта); ( - заданный период времени в годах), - параметры аппроксимации, причем , где С - степень нагружения междукамерных целиков

В рамках такого параметрического обеспечения реологических расчетов часто возникает несоответствие между прогнозными оценками нарастания оседаний во времени и фактическими данными. В этом случае, путем варьирования предела прочности на сжатие, корректируется расчетная степень нагружения междукамерных целиков и достигается достаточное согласование между прогнозными и фактическими графиками нарастания оседаний земной поверхности.

Рис. 1. График нарастания оседаний земной поверхности для Rp28

В качестве иллюстрации такой ситуации на рис.1 показан график нарастания оседаний земной поверхности для Rp28, расположенного в центральной части опытно-экспериментальной панели (ОЭП) рудника БКПРУ-4. Здесь же приведен соответствующий прогнозный график, построенный для расчетной степени нагружения междукамерных целиков пластов В (С=0,22), АБ (С=0,24), КрII (С=0,20). Как видно, фактические оседания земной поверхности превышают прогнозные более чем в 3 раза. Для согласования фактических и прогнозных данных изменялась расчетная степень нагружения междукамерных целиков пластов В, АБ, КрII. Результаты анализа показали, что при С=0,32 для пласта В, С=0,35 для пласта АБ, С=0,30 для пласта КрII обеспечивается соответствие фактических и прогнозных (кривая 3 на рис. 1) оседаний земной поверхности. Новые расчетные степени нагружения свидетельствуют о снижении прочности пород сильвинитовых пластов. Осредненные оценки предела прочности по отношению к стандартным величинам приведены в табл. 1. Здесь же представлены экспериментальные значения предела прочности, определенные по результатам лабораторных испытаний. Как видно, экспериментальные данные достаточно хорошо согласуются с расчетными оценками.

Таблица 1

Откорректированные значения степени нагружения целиков и прочностных характеристик использовались в дальнейших геомеханических расчетах. Для условий ОЭП оценка безопасных условий подработки ВЗТ заключалась в критериальном анализе ее напряженно-деформированного состояния с учетом выделенных, по результатам сейсморазведочных работ, аномальных зон. месторождение водозащитный геомеханический

На рис. 2 представлены прогнозные зоны субвертикальной трещиноватости на конец процесса сдвижения, построенные с использованием критерия горизонтальных деформаций растяжения.

Рис. 2. Прогнозные зоны субвертикальной нарушенности ВЗТ

Основная область техногенной нарушенности приурочена к верхней части ВЗТ в районе западной границы ОЭП. В целом, в пределах расчетного разреза сохранность ВЗТ обеспечивается.

Таким образом, рассмотренный подход к параметрической настройке геомеханической модели по данным наблюдений за сдвижением земной поверхности позволяет повысить достоверность оценок состояния ВЗТ.

Список литературы

1. Барях А.А. Об одном подходе к реологическому анализу геомеханических процессов / А.А. Барях, Н.А. Самоделкина // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2005. - №6. - С. 32-41.

2. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей: технолог. регламент / ВНИИГ. - СПб., 2008. - 88 c.

Размещено на Allbest.ru