автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Экспериментальное определение напряжений в соляных породах

На правах рукописи

РГВ од 2 0 ноя т

Токсаров Валерий Николаевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ

Специальность: 05.15.11-Физические процессы горного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2000

Работа выполнена в Горном институте УрО РАН

Научные руководители:

доктор технических наук, Барях Александр Абрамович; кандидат технических наук, Асанов Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Леонтьев Аркадий Васильевич; кандидат технических наук, Мараков Валерий Егорович

Ведущая организация -

ОАО «Сильвинит», г. Соликамск

Защита диссертации состоится

июля 2000г. в

ч.

на заседании специализированного Совета К. 063. 66. 05 при Пермском государственном техническом университете по адресу: 614000 г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29а

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Пермского государственного технического университета

Автореферат разослан" 7 " июня 2000 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

Ю.'А.Кашников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Освоение месторождений водорастворимых руд связано с необходимостью защиты шахт и рудников от прорыва вод в горные выработки. Особенно актуален этот вопрос для Верхнекамских калийных рудников, которые характеризуются сложными горно-геологическими условиями, большими площадями выработанных пространств, значительными сдвижениями подработанных пород. Решение проблемы обеспечения сохранности водозащитной толщи и снижения потерь полезного ископаемого в целиках не возможно без надежного геомеханического обоснования принимаемых технических решений. В этой связи резко возрастает значение своевременной информации о напряженно-деформированном состоянии подрабатываемого массива соляных пород.

Применяемые до последнего времени на соляных месторождениях методы контроля напряженного состояния массива не позволяют оперативно и с достаточной степенью точности проводить количественную оценку напряжений в массиве, что вызывает необходимость поиска новых путей решения этой задачи.

Таким образом, совершенствование экспериментальных методов и средств контроля напряженно-деформированного состояния соляных пород, направленное на учет их структурных особенностей, и обеспечивающее возможность определения напряжений на разных масштабных уровнях, является важной и актуальной задачей для практики разработки соляных месторождений.

Диссертационные исследования выполнены в соответствии с планами общеакадемической проблемы 12.9 "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых", тема "Разработка комплекса геолого-геофизичских, геомеханических и технологических мероприятий по предотвращению нарушений сплошности водозащитной толщи на месторождениях полезных ископаемых, залегающих в аномально-сложных горно-геологических условиях", утвержденная Постановлением ГКНТ СССР N 191 от 21.06.88 г (№ гос. per. 01S90011297); темы "Исследование закономерностей деформирования и разрушения осадочных толщ в процессе их формирования и техногенного воздействия", утвержденной Постановлением Президиума АН № 292 от 12.04.88 (Кз гос. per. 01.9.90 000447).

Целью работы является разработка методик измерения напряжений в соляных массивах, учитывающих структурные и деформационные особенности пород и обеспечивающих повышение достоверности и информативности геоконтроля.

Идея работы заключается в адаптации инструментальных методов измерения напряжений к условиям соляных породных массивов и использовании при интерпретации их результатов аппарата математического моделирования геомеханических процессов.

Задачи исследований;

- изучить закономерности деформирования соляных пород для повышени точности определения напряжений методами разгрузки;

- адаптировать технологию инструментальных методов измерения напря жений к условиям соляных породных массивов;

- разработать методики измерения напряжений в соляных породах, обеспс чивающие возможность получения информации о напряженном состоянии мае сива на этапах проектирования и разработки месторождения;

- на основе методов математического моделирования разработать способ! оценки напряженного состояния ненарушенного массива по результатам изме рения напряжений на обнажениях;

- для условий Верхнекамского калийного месторождения решить ряд прак тических задач, связанных с инструментальной оценкой напряженного состоя ния соляного массива и конструктивных элементов камерной системы разра ботки.

Методы исследований предусматривали комплексный подход к решении поставленных задач и включали: анализ и обобщение научного и практической опыта по проблеме, лабораторные испытания, натурные измерения, использо вание аппарата математического моделирования и методов статистической об работки данных.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

1. При измерении напряжений в соляном массиве методами разгрузки не обходимо учитывать анизотропию упругих свойств пород и базу измерений определяющую размер образца (блока), на котором осуществляется определе ние механических показателей. Это позволяет снизить погрешности при вычис лении величин напряжений на 20-100 %.

2. Достоверность оценки естественного напряженного состояния ненарушенного соляного массива по результатам измерения напряжений на обнаже ниях повышается за счет разработанной численной схемы интерпретации, основанной на определении области допустимых значений коэффициентов бокового распора, которые обеспечивают соответствие расчетных величин натурным данным одновременно в двух взаимно перпендикулярных выработках.

3. Комплексирование на стадии геологоразведочных работ результате! геофизического исследования степени овализации скважин и изучения закономерностей проявления акустоэмиссионного эффекта памяти при испытание керна, позволяет получить информацию о величине и направлении действш главных напряжений в ненарушенном массиве.

4. Региональное поле напряжений в ненарушенном массиве Верхнекамского калийного месторождения близко к гидростатическому и характеризуется линейной зависимостью напряжений от глубины залегания горных пород. Максимальные горизонтальные напряжения ориентированы в широтном направлении и на 15-30 % превышают меридианальные. В пределах месторождения возможно формирование локальных зон аномального распределения напряжений,

связанных с особенностями глубинного строения массива, в которых их величина может отличаться на 30-50 % от средних значений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: представительным объемом инструментальных измерений, удовлетворительной сходимостью результатов определения напряжений разными методами, корректностью применяемого математического аппарата, строгой постановкой теоретических задач.

Научная новизна.

1. Определены коэффициенты анизотропии упругих свойств для основных типов соляных пород.

2. Установлено влияние масштабного фактора на изменение модулей упругости и деформации пород.

3. Разработан расчетный метод оценки напряженного состояния ненарушенного массива по результатам измерения напряжений на стенках двух взаимно перпендикулярных выработок.

4. Построена вычислительная схема оценки напряженного состояния ненарушенного массива по результатам измерения конвергенции выработки в процессе ее проходки.

5. Предложена методика оценки напряженного состояния породного массива, основанная на геомеханической интерпретации геофизических исследований параметров овализации стволов глубоких скважин.

6. Установлено, что при скоростях распространения упругих волн в образцах соляных пород меньше 3500 м/с акустоэмиссионный эффект памяти не проявляется.

Практическая пенность работы состоит в разработке методик и технических средств определения величин напряжений в окрестности горных выработок и в нетронутом массиве соляных пород, применение которых позволяет решать обширный круг задач по геомеханическому обеспечению безопасной эксплуатации рудников Верхнекамского месторождения калийных солей.

Реализация результатов работы. Результаты данной работы использовались для параметрического обеспечения ряда геомеханических расчетов, связанных с оценкой безопасных условий подработки водозащитной толщи на рудниках ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралкалий»; для определения размеров участка закладки выработанного пространства в окрестности зоны массового обрушения пород на руднике СКРУ-2; для оценки срока службы междукамерных целиков под территорией городской застройки на рудниках СКРУ-1 и БКРУ-1.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции «Управление НДС массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых» (Новосибирск-Екатеринбург, 1994 г.); Международном семинаре «Напряжения в литосфере» (Москва, 1994 г.); Международном симпозиуме «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений в зонах градопромыш-ленных агломераций» (Пермь, 1995 г.); Международных конференциях «Гео-

механика в горном деле» (Екатеринбург, 1996, 2000 г.г.); XI-ой Всероссийской конференции по механике горных пород (С.-Петербург, 1997 г.); Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (Москва-Пермь, 1997 г.); Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения)» (Екатеринбург, 1998 г.); Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ» (Москва — С.-Петербург, 1999 г.); Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние земных недр» (Новосибирск, 1999 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 16 работ.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 160 страниц машинописного текста, включая 50 рисунков, 32 таблицы и списка использованной литературы из 140 наименований.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность сотрудникам лабораторий физических проблем освоения георесурсов и механики горных пород Горного института УрО РАН за плодотворное сотрудничество, а работникам ОАО «Сильвинит» за заинтересованность и поддержку в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается анализ возможности использования различных экспериментальных методов измерения напряжений в горных породах для изучения напряженного состояния соляного массива и формулируются задачи исследований.

Основные работы по созданию методов контроля напряженного состояния массива горных пород связаны с именами М.С. Анцыферова, К.А. Ардашсва, В.М. Барковского, A.A. Борисова, Н.П. Влоха, В.Т. Глушко, A.B. Зубкова, П.В. Егорова, Г.А. Каткова, Ю.М. Карташова, A.A. Козырева, М.В. Курлени, A.B. Леонтьева, Г.А. Маркова, В.И. Панина, И.М. Петухова, Н.М. Проскурякова, А.Д. Сашурина, Г.А. Соболева, И.А. Турчанинова, Е.И. Шемякина, В.Л. Шку-ратника, B.C. Ямщикова, Р. Гудмана, Е. Р. Лимана, А. Майера, Н. Хаста и др.

Из анализа современных представлений о напряженно-деформированном состоянии массива горных пород и существующих методов его оценки следует, что ключевая роль принадлежит инструментальным способам определения напряжений. Актуальной остается проблема создания новых способов, а также совершенствования существующих.

Анализ работ A.A. Антонова, В.А. Асанова, A.A. Баряха, В.Е. Боликова, Ф.И. Борейко, Б.Ш. Винокура, В.Л. Водопьянова, И. X. Габдрахимова, Н.И. Ермакова, Ю.М. Карташова, С.А. Константиновой, В.Е. Маракова, Г.Д. Поляниной, Н.М. Проскурякова, A.M. Рыженькова, А.Ю. Трофимова, М.Б. Ус-логова, А.К. Черникова, посвященных изучению напряженно-деформированного состояния соляных массивов, показал, что измерения напряжений в соляных

породах производились, в основном, методами полной разгрузки. Использование данных методов для оценки напряжений в соляных породах, характеризующихся крупнозернистой структурой и тонкослоистой текстурой, когда размеры зерен (0,5-30 мм) сопоставимы с размерами тензодатчиков, приводит к большому разбросу частных значений и погрешностям. Существенная нелинейность деформирования соляных пород под нагрузкой также повышает погрешности определения при переходе от измеренных деформаций к напряжениям. Кроме того, методы полной разгрузки характеризуются высокой трудоемкостью и низкой оперативностью, что затрудняет их использование при массовых измерениях. В связи с вышеизложенным сделан вывод о нецелесообразности использования методов полной разгрузки для измерения напряжений в соляных породах.

Повышение достоверности и оперативности оценки напряженного состояния соляного массива может быть достигнуто за счет применения методов контроля напряжений с достаточно большими базами измерений: щелевой разгрузки, частичной разгрузки на большой базе, гидроразрыва скважин, а также методов, исключающих необходимость модельного перехода от деформаций к напряжениям (метод компенсации, измерения напряжений с использованием эмиссионных эффектов памяти горных пород).

Вторая глава посвящена разработке методики и технологии измерения напряжений на обнажениях.

Оценка напряженного состояния приконтурного массива методом щелевой разгрузки осуществляется путем создания полукруглой щели, формируемой в стенке выработки с помощью бурения ряда параллельных шпуров. Переход от измеренных в направлении перпендикулярном плоскости щели деформаций к действующим напряжениям производится по известным формулам и предполагает наличие достоверной информации об упругих свойствах соляного массива.

С этой целью в лабораторных условиях проведены испытания более 300 образцов, отобранных по всему разрезу продуктивной толщи (табл.1). Установлено, что деформационные свойства соляных пород (модуль деформации - О и модуль упругости - Е) существенно различаются между собой и их величина изменяется в широких пределах.

Таблица 1

Деформационные свойства соляных пород _

Порода, пласт Количество испытанных образцов Модуль деформации, ГПа Модуль упругости, ГПа Коэффициент скоростной анизотропии

Карналлит, В 50 - 5-7 1,18

Сильвинит, А 40 0,7-2,0 10-11 1,04

Сильвинит, Б 56 2,5-3 11-13 -

Сильвинит, КрИ 75 2,5-3,5 13-17 -

Каменная соль, Б-В 51 3-3,5 14-16 1,01

Каменная соль, КрП 43 3-4 13-20 1,03

Известно, что полученные при лабораторных испытаниях значения механических свойств пород даже при значительной представительности образцов, не соответствуют аналогичным показателям, определенным в условиях естественного залегания. Для изучения масштабного эффекта в соляных породах проведено определение деформационных свойств пород на образцах различных размеров. Наибольшие значения модуля упругости получены в шахтных условиях на блоках размером 0,5x0,5x0,5 м. Модуль упругости образцов карналлита в 2 раза меньше, чем блоков. Модули упругости сильвинита различаются в 1,4 -1,5 раза. Зависимости модуля упругости соляных пород от размеров испытываемых образцов представлены на рис. 1 и могут быть аппроксимированы линейными уравнениями: £=20,9+0,345 (сильвинит) и Е-6,4+0,47В (карналлит), где В - характерный размер образца в диапазоне (0,050,5) м.

На точность определения напряжений может оказывать влияние анизотропия упругих свойств соляных пород. Результаты измерения скоростей распространения упругих волн вдоль и поперек напластования, которые проводились на кубических образцах размером 50x50x50 мм с использованием прибора УК-10ПМС,-показали, что наибольший коэффициент скоростной анизотропии (ка) имеет место у карналлитовых пород - 1,17+1,38 (табл. 1). Коэффициент анизотропии статического модуля упругости карналлита составляет, в среднем, ка = 1,20. Еще выше анизотропия модулей деформации ка=1,51-3-1,56.

Таким образом, при оценке напряженного состояния приконтурного массива методом щелевой разгрузки необходимо учитывать анизотропию упругих свойств соляных пород и масштабный фактор. Это позволяет повысить точность определения напряжений на 20-100 %.

Метод компенсации более трудоемкий по сравнению с щелевой разгрузкой, однако не требует перерасчета напряжений и знания упругих свойств пород. Принцип измерения напряжений с его использованием заключается в восстановлении давления в окрестности частично разгруженного плоской щелью приконтурного участка пород. Компенсация напряжений в окрестности разгрузочной щели производится плоским гидродомкратом. Давление в домкрате создается с помощью ручного масляного насоса БН-3. Для равномерной передачи

Размер образца, см

Рис. 1. Зависимость модуля упругости пород Верхнекамского месторождения от размера образцов: 1-сильвинит; 2- карналлит

давления на массив поверхности разгрузочной щели выравниваются соляно-цементным раствором. При испытаниях принимается, что напряжение компенсации в направлении перпендикулярном плоскости щели равно давлению в гидродомкрате. При этом величина давления определяется по восстановлению деформаций между реперами, установленными в исследуемом массиве до создания щели (рис. 2). Применительно к соляным породам для метода компенсации разработан комплект силового оборудования.

11=300 мм

I

тшт^кь

л

Рис. 2. Схема измерения напряжений методом компенсации:

1- гидродомкрат; 2 - деформометр; 3 - контурные репера

Третья глава посвящена разработке методов определения напряжений в нетронутом соляном массиве.

Необходимым элементом оценки естественного поля напряжений по результатам измерения его компонент в окрестности двух взаимно перпендикулярных выработок является моделирование напряженного состояния массива в пределах участка проведения экспериментальных исследований. Предложена численная схема интерпретации измерений на обнажениях, базирующаяся на суперпозиции плоскодеформированного и одноосного напряженных состояний пород вокруг выработок. Реатазацпя этой схемы осуществляется методом конечных элементов. Исходное состояние массива характеризуется напряжениями а? (вертикальная компонента), = - Лхсг2. При ориентации выработки по направлению оси X поле напряжений, определяющее плоскодефор-

о О 1 _о

мированное состояние пород задается компонентами: сг,, ау - Луа., <у'х = (1 + Лу)у<г^, а одноосное: = сгх -сг'х = а®(Лу -у- уЛх) и сг"у-сг1 = = -уа°(Лу - у~ кЯ^.) /[(1 — 2V)], где V- коэффициент Пуассона. Причем,

л.*' -

ах + <7Х -сх.

Коэффициенты бокового распора можно представить в виде

Лх — Лгх + А", Лу — Лу +■ Лу,

(1)

где Лгх =Лгу= у/(\-у)- определяют литостатическое распределение напряжений в ненарушенном массиве, А™, Л™ - условно характеризуют наличие тектонической составляющей. В этом случае расчетные напряжения на контуре выработки запишутся в виде:

гОО =

= <х, +сгт Дг + сг 1

(2)

где сгг - напряжение на контуре выработки, обусловленное действием гравитационных сил; сгш, сги - напряжения, обусловленные наличием дополнительных

сил, действующих, соответственно, в направлении осей X и У.

Поскольку результаты натурных измерений характеризуются определенным разбросом значений и находятся в некотором интервале

<0-тах, (3)

то, используя соотношения (2) и (3), можно из выражений ■ а, + стп Я™ + а „Л" < сгт„,

'ту

°"г + +" > шш>

(4)

оценить область допустимых значений 2" и А", соответствующих парным результатам натурных измерений в двух взаимно перпендикулярных выработках.

В качестве примера на рис. 3 иллюстрируется характерная область допустимых значений коэффициентов бокового распора, соответствующих натурным измерениям напряжений методами компенсации и щелевой разгрузки на руднике СКРУ-3.

Предложенный расчетный метод оценки может быть использован для интерпретации результатов измерений, выполненных любым из способов, обеспечивающих получение значений напряжений на обнажении.

0.9

0.8

0.9

Рис. 3. Область допустимых значений коэффициентов бокового распора

В целях повышения достоверности определения напряжений разработана методика их измерения на большой базе при частичной разгрузке соляного массива выработкой. Сущность данного метода заключается в измерении перемещений стенок горной выработки в процессе ее проходки с последующим расчетом напряжений в пределах исследуемого участка массива.

При проведении натурных измерений осуществляется следующий порядок работ. В забое одиночной подготовительной выработки закладывается не менее двух пар контурных реперов, позволяющих измерять перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. После определения начальных расстоя-

ний между реперами производится проходка выработки на расстояние 3-4-х ее диаметров. Это обуславливает перераспределение напряжений в окрестности выработки и приводит к смещению реперов. Для определения величины конвергенции стенок опытной выработки выполняются повторные измерения.

Оценка компонент естественного поля напряжений по результатам измерения конвергенции основывается на математическом моделировании такого исходного напряженного состояния ненарушенного массива, которое обеспечивает соответствие расчетных приращений смещений на контуре выработки при подвигании ее забоя данным натурных измерений. Для этого методом конечных элементов решается задача о напряженно-деформированном состоянии, формирующемся в окрестности забоя выработки под действием естественного поля, заданного главными напряжениями <т°, = Лусг°, <у°х = Лхсг°. По результатам расчета строятся зависимости (движение забоя совпадает с осью X) ¿К = К (I) - ¡¥2 (0) = А:+Вг-Лу+С:-Лх (5)

Шх = 'Кх Щ - Жх (0) = Ах Вх ■ Лу + С, ■ Ях, (6) где <1ЖХ - приращения сближения кровли и почвы выработки в точках экспериментальных замеров при подвигании забоя выработки; Ь — длина проходки выработки; А, В, С -расчетные коэффициенты для конкретных

измерительных сечений, в которых производятся измерения.

Выражения (5) и (6) позволяют определить значения коэффициентов бокового распора Лх,Лу, удовлетворяющих результатам натурных измерений. Однако, в (5) и (6) коэффициент С« А (В), вследствие чего точность расчета Лх достаточно низкая. В этой связи при использовании данных соотношений целесообразно вводить какие-либо допущения (например, Лх = Л.Д либо проводить дополнительные измерения в другой выработке, расположенной перпендикулярно к исходной.

Для апробации разработанных методик в условиях рудника СКРУ-3 проведены сравнительные измерения напряжений в ненарушенном массиве методами щелевой разгрузки, гидроразрыва скважин и частичной разгрузки на большой базе. Анализ полученных результатов показал, что предложенные методы дают сопоставимые оценки и могут быть рекомендованы для определения естественного напряженного состояния соляного массива. Их комплекс позволяет производить оценку распределения напряжений в массиве на разных масштабных уровнях.

Четвертая глава посвящена разработке методик измерения напряжений в породном массиве на стадии геологоразведочных работ.

Качественную оценку напряженного состояния породного массива до начала ведения горных работ предложено проводить по параметрам овализации стволов геологоразведочных скважин, определяемым на основе данных геофизических исследований (акустическое телевидение, кавернометрия). Наличие

зон с упорядоченным разрушением стволов скважин в виде эллипса характерно для значительных участков пород, подстилающих толщу соляных отложений.

Методика оценки горизонтальных естественных напряжений основывается на известном решении упруго-пластической задачи о напряженно-деформированном состоянии протяженной выработки (скважины) кругового поперечного сечения (задача Л.А. Галина). Действующее напряженное состояние определяется из условия соответствия эллипсовидной зоны неупругих деформаций степени овализации ствола скважины.

Расчетная интерпретация геофизических данных показала, что горизонтальные напряжения не равны между собой. Максимальное горизонтальное напряжение действует в субширотном направлении с азимутом 225°-300° (в среднем - 270°) ив 1,2-1,6 раза больше минимального.

В работе предпринята попытка количественной оценки естественного поля напряжений по результатам изучения акустической эмиссии при нагружении образцов пород, изготовленных из керна геологоразведочных скважин (южная граница шахтного поля рудника СКРУ-2). Всего было испытано 120 цилиндрических образцов диаметром 88 мм и высотой 88 мм. В лабораторных условиях образцы нагружались одноосным усилием, одновременно измерялась акустическая эмиссия.

Проявления акустоэмиссионных эффектов памяти зафиксированы у 50 образцов. Оценка нарушенности образцов по скорости прохождения ультразвуковой волны, показала, что в образцах с четким проявлением эффекта памяти средняя скорость равна К=4270±35 м/с. В тех же образцах, где эффект памяти не был обнаружен, средняя скорость гораздо ниже -V =3440±60 м/с. Таким образом, начальная нарушенность образцов значительно ухудшает четкость проявления эффекта памяти.

Интерпретация результатов исследований выполнена на основе данных математического моделирования акустоэмиссионных эффектов памяти в образцах горных пород (В .Л. Шкуратник, А.В. Лавров). Она позволила оценить величины трех главных компонент тензора напряжений ненарушенного соляного массива.

По результатам проведенных экспериментов построены зависимости изменения главных горизонтальных напряжений от глубины (Я) залегания горных пород (рис.4), которые описываются следующими зависимостями: сг2 = 2,72 +- 0,32Я; сг3 = 2,15 + 0,3 8Я.

Сопоставление результатов измерения напряжений, полученных с использованием акустоэмиссионного эффекта памяти горных пород с данными прямых измерений показало их достаточно хорошую сходимость (рис.4).

Комплексирование на стадии разведочных работ результатов геофизических исследований степени овализации скважин и изучения закономерностей проявления акустоэмиссионного эффекта памяти при испытании керна, позволяет получать более достоверную информацию о величине и направлении действия глазных напряжений в ненарушенном массиве.

а)

200

250

я я я

ю ->. •

£

350

400

Напряжение, МПа 2 4 6 8

10

■ ! V 1. \ •V X1

5 г \

V д \

* \ * 1 \ \

б)

200

250

I 300

£

350

400

Напряжение, МПа 2 4 6 8

10

, \ 1 \|

№ N

\ , \ \ , \ \

\ • . 1 \

Рис. 4. Изменение главных горизонтальных напряжений^ (а) ис3(б) с глубиной: : данные измерений по образцам;» - данные щелевой разгрузки (1- распределение напряжений по гипотезе Гейма, 2 - по гипотезе Динника)

В пятой главе приводятся результаты использования инструментальных методов для решения некоторых практических задач на рудниках Верхнекамского месторождения: определение напряжений в нетронутом массиве, оценка напряженного состояния междукамерных целиков в зависимости от способа их оконтуривания и срока службы, определение размеров участка закладки выработанного пространства в окрестности зоны массового обрушения пород на руднике СКРУ-2.

Для оценки поля естественных напряжений в массиве горных пород Верхнекамского калийного месторождения проведен комплекс натурных измерений методами щелевой разгрузки и компенсации. Измерения проводились на 7 замерных станциях в условиях рудников СКРУ-3 и БКРУ-4 (табл. 2).

Установлено, что в пределах Верхнекамского месторождения региональное распределение напряжений достаточно близко к гидростатическому. Максимальные горизонтальные напряжения ориентированы в широтном направлении и на 15-30 % превышают меридианалыше. Геологические неоднородности строения массива обуславливают появление локальных участков аномальных полей напряжений, в которых их величина может отличаться на 30-50 % от средних значений. Так, измерение напряжений в северной части рудника БКЗ-4, примыкающего к южной границе Дуринского прогиба, показало, что на данном участке горизонтальные напряжения в 2 раза ниже вертикальных. Выделение зон аномального распределения напряжений крайне важно с позиции геомеханического обеспечения безопасности эксплуатации месторождения.

С целью оценки состояния конструктивных элементов камерной системы разработки проведены измерения напряжений в междукамерных целиках на

0

восьми экспериментальных участках на рудников СКРУ-1, СКРУ-2 и БКРУ-1. Инструментальные измерения выполнялись методом компенсации с использованием акустоэмиссионного эффекта памяти горных пород. В этом случае на-гружение пород производится непосредственно в скважине. По результатам экспериментов оценивались средние напряжения в плоскости, перпендикулярной оси скважины.

Таблица 2

Величина напряжений в нетронутом массиве_

Рудник Место Глубина, Пласт Напряжения, МПа

измерения м с*

(широт.) (мерид.) (верт.)

БКЗ-4 1 СВП 400 ПДКС 4,8 4,5 8,4

1 СВП 400 ПДКС 5,3 4,3 8,4

СКРУ-3 Панель 1, бл. 9 380 КрП 6,2 5,6 8,0

Панель 8, бл. 1 350 ПДКС 4,4 4,3 7,3

Панель 8, бл.13 280 АБ 4,4 3,4 5,9

Панель 8, бл.14 230 АБ 4,0 4,8 4,8

Панель 8, бл. Г 350 ПДКС 6,8 6,6 7,4

Анализ результатов показал, что вне зависимости от способа очистной выемки и возраста целика распределение напряжений по его сечению в качественном отношении является подобным. В центральной части целиков действующие напряжения близки к расчетной величине }Н(а + Ь)1Ь (а- ширина камеры, Ь- ширина целика). Во времени происходит постепенное разрушение краевой части жестких междукамерных целиков, вследствие чего максимум нагрузки (опорное давление) смещается в глубь, что обуславливает снижение их несущей способности.

В количественном выражении для целиков, оконтуренных буровзрывным способом, ширина приконтурной разрушенной зоны в 1,6 раза больше, чем при комбайновой проходке камер. Результаты измерения напряжений использованы для оценки остаточного срока службы междукамерных целиков под районами городской застройки.

5 января 1995 года на участке I и II СВП рудника СКРУ-2 произошло массовое обрушение пород. Площадь обрушения составила 0,3 км2. На поверхности мгновенно сформировалась мульда сдвижения глубиной до 5 м. Такое массовое обрушение пород произошло впервые за всю 60-летнюю историю эксплуатации месторождения. Усилия специалистов различного профиля были направлены на анализ изменения состояния слоев водозащитной толщи, на определение первоочередных участков, где должна быть осуществлена закладка выработанного пространства. В рамках решения этих задач проводились исследования несущей способности междукамерных целиков на участке, непосредственно примыкающем к зоне обрушения.

Оценка несущей способности краевой части целиков выполнялись методами щелевой разгрузки и компенсации на трех экспериментальных участках, выбранных с учетом состояния выработок. По результатам экспериментов построена кривая изменения опорного давления с удалением от границ зоны обрушения (рис. 5). Установлено, что в зоне максимальных напряжений (камера 120) коэффициент нагружения целиков превышает допустимое значение [С]=0,4, регламентируемое нормативными документами для «жестких» междукамерных целиков на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей, что обусловливает возможность их перехода в «податливый» режим деформирования.

Рис. 5. Распределение вертикальных напряжений в стенках междукамерных целиков вблизи провала: 1 - данные щелевой разгрузки; 2 - данные метода компенсации

В этой связи для снижения деформаций водозащитной толщи и обеспечения зашиты рудника от проникновения надсолевых вод рекомендовано осуществить закладку выработанного пространства в окрестности провала на расстояние 350 м от границ зоны обрушения (до камеры 120).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получено решение новой актуальной задачи разработки методик натурного определения напряжений в соляных массивах, обеспечивающих получение достоверной информации на различных измерительных базах.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Установлены закономерности изменения деформационных характеристик соляных пород в зависимости от размеров испытуемых образцов. С увеличением линейных размеров образцов в диапазоне (0,05-0,5) м отмечается рост модуля упругости сильвинитовых и карналлитовых пород. Определены коэффициенты анизотропии скоростей распространения ультразвуковых волн, модулей упругости и деформации. Модуль упругости карналлита измеренный перпендикулярно слоистости в 1,2 раза выше, чем параллельно напластованию.

2. Точность вычисления напряжений в методах разгрузки повышается на 20-100 % при учете анизотропии упругих свойств и масштабного фактора, определяемого базой измерений.

3. Предложена численная схема оценки напряженного состояния нетронутого соляного массива по результатам измерений на обнажениях, основанная на определении таких коэффициентов бокового распора, которые обеспечивают соответствие расчетных напряжений натурным данным одновременно в двух взаимно перпендикулярных выработках.

4. Разработан алгоритм определения напряжений в нетронутом массиве при частичной его разгрузке на большой базе, основанный на трехмерном математическом моделировании изменения напряженного состояния соляных пород в процессе проходки выработки. Его реализация обеспечивает соответствие приращения расчетных смещений при подвигании забоя измеренной величине конвергенции.

5. Предложена методика оценки напряженного состояния породного массива на стадии разведочных работ, базирующаяся на геофизических исследованиях параметров овализации стволов скважин и последующей интерпретации этих данных на основе решения задачи об упруго-пластическом деформировании пород в окрестности выработки кругового поперечного сечения.

6. По результатам интерпретации измерений акустической эмиссии при нагружении керновых образцов выполнена оценка величин трех главных компонент тензора напряжений ненарушенного соляного массива.

7. Установлено, что в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей региональное поле напряжений близко к гидростатическому. Горизонтальные напряжения, ориентированные в широтном направлении на 15-30 % превышают меридианальные. Наличие геологических неоднородностей строения массива обуславливают появление локальных участков аномальных полей напряжений, в которых главные напряжения отличаются на 30-50 % от средних значений. Для соляного массива характерно линейное изменение горизонтальных напряжений с глубиной.

8. Разработанные методики использованы для параметрического обеспечения геомеханических расчетов, связанных с оценкой безопасных условий подработки водозащитной толщи на рудниках ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралка-лий»; для оценки несущей способности межлукамерных целиков под террито-

рией городской застройки и на аварийном участке рудника СКРУ-2 ОАО «Сильвинит».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Асанов В. А., Барях А. А., Еремина Н. А., Мынка Ю. В., Токсаров В. Н. О формировании естественного поля напряжений в соляных толщах. // Напряжения в литосфере [Тез. докл. Междунар. семинара].- М., 1994.- с. 4-5.

2. Асанов В. А., Барях А. А., Еремина Н. А., Попов С. Н., Токсаров В. Н. Методика и результаты оценки геодинамического состояния Верхнекамского региона // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений в зонах градопромышленных агломераций [Тез. докл. Междунар. симп.].: Пермь, 1995.-с. 11-12.

3. Токсаров В.Н. Исследование напряженного состояния соляных пород калийных рудников II Тез. докл. XXVIII-й науч.-техн. конф. Iii ТУ по результатам НИР, выполненных в 1991-94 гг.: Пермь, 1995.- с. 8.

4. Асанов В.А., Еремина H.A., Токсаров В.Н. К оценке коэффициента бокового распора Ü Тез. докл. XXVIII-й науч.-техн. конф. 111 ТУ по результатам НИР, выполненных в 1991-94 гг.: Пермь, 1995,- с. 10-11.

5. Асанов В.А., Барях A.A., Токсаров В.Н., Паньков И.Л. Оценка устойчивости междукамерных целиков на калийном руднике СКРУ-2 // Геомеханика в горном деле [Тезисы Междунар. конфер.].: Екатеринбург, 1996.- с. 146-147.

6. Асанов В. А., Барях А. А., Еремина Н. А., Дудырев И. Н., Токсаров В. Н. Исследование напряженного состояния соляного массива методом щелевой разгрузки // Управление НДС массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых [Тез. докл. Всесоюз. кон-фер.].- Екатеринбург-Новосибирск, 1996.- с. 4-5.

7. Асанов В.А., Барях A.A., Токсаров В.Н., Гегин A.C. Контроль долговечности конструктивных элементов камерной системы разработки // Горные науки на рубеже XXI века [Тез. докл. Междунар. конф.].: Москва-Пермь, 1997.-с.11.

8. Дудырев И.Н., Токсаров В.Н., Аникин В.В., Бруев А.Н. К методике оценки деформационных свойств соляных пород // Горные науки на рубеже XXI века [Тез. докл. Междунар. конф.].: Москва-Пермь, 1997.- с.56-57.

9. Асанов В.А., Токсаров В.Н., Паньков И.Л. Оценка напряженно-деформированного состояния целиков Верхнекамского калийного месторождения // Проблемы механики горных пород.: С.-Петербург, 1997.- с.31-35,

20. Токсаров В.Н., Бруев А.Н. Об изменении степени нагружения соляных целиков //Горное эхо.- 1998,- № 1.- с. 12-13.

11. Асанов В.А., Токсаров В.Н., Паньков И.Л., Дудырев И.Н., Аникин В.В. Напряженное состояние пород Верхнекамского калийного месторождения // Горные науки на рубеже XXI века [Мат. Межд. конфер.].: Пермь, 1997.- с. 8-11.

12. Асанов В.А., Паньков И.Л., Бруев А.Н. Оценка состояния междукамерных целиков при отработке запасов калийных руд под территорией городской

застройки // Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения).- т. 3.: Екатеринбург, 1998,- с. 40-45.

13. Токсаров В. Н. Определение исходных напряжений в соляном массиве по образцам керна // Проблемы горного недроведения и системологии.: Пермь, 1999.-с. 66-68.

14. Барях А. А., Асанов В. А., Токсаров В. Н., Гилев М. В. К оценке остаточного срока службы соляных междукамерных целиков // ФТПРПИ.- 1998-№ 1,- с. 18-25.

15. Токсаров В. Н. Восстановление ориентировки осей напряжений в соляном массиве по системе сопряженных трещин // Проблемы без опасности и совершенствования горных работ [Тезисы Междунар. конф.].: Пермь, 1999.- с. 212-214.

16. Бруев А.Н., Бабкин А.И., Токсаров В.Н. О методике оперативного контроля состояния междукамерных целиков // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ.- [Тезисы Межд. конф.].: Пермь, 1999.- с. 20-22.

ВВЕДЕНИЕ

I. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

1.1. Значение информации о напряженном состоянии массива для решения задач геомеханики

1.2. Напряженное состояние пород ненарушенного массива

1.3. Геологические и горнотехнические условия разработки Верхнекамского месторождения калийных солей

1.4. Анализ методов измерения напряжений в массиве горных пород

1.5. Цель и задачи исследований

II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ НА ОБНАЖЕНИЯХ И В ПРИКОНТУРНОМ МАССИВЕ

2.1. Технология измерения напряжений в краевых частях массива

2.2. Определение модуля упругости соляных пород

2.3. Измерение напряжений с использованием акустоэмиссионного эффекта памяти горных пород околоскважинного пространства

2.4. Выводы

III. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В НЕНАРУШЕННОМ МАССИВЕ

3.1. Оценка напряженного состояния ненарушенного массива по результатам измерений на обнажении

3.1.1. Методика шахтных измерений

3.1.2. Интерпретация результатов измерения напряжений

3.2. Метод частичной разгрузки на большой базе

3.3. Метод гидроразрыва скважин

3.4. Результаты сравнительных измерений напряжений

3.5. Выводы

IV. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА НА СТАДИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

4.1. Изучение напряженного состояния породного массива по результатам геофизического исследования скважин

4.2. Определение тензора напряжений в массиве горных пород на основе изучения акустической эмиссии при нагружении образцов

4.3. Восстановление ориентировки осей главных напряжений по системе сопряженных трещин

4.4. Выводы

V. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СОЛЯНОГО МАССИВА

4.1. Напряженное состояние пород Верхнекамского калийного месторождения

4.2. Влияние способа отработки и срока службы на напряженное состояние междукамерных целиков

4.3. Напряженное состояние междукамерных целиков в районе массового обрушения пород на руднике СКРУ

4.4. Выводы

Актуальность проблемы. Освоение месторождений водорастворимых руд связано с необходимостью защиты шахт и рудников от прорыва вод в горные выработки. Особенно актуален этот вопрос для Верхнекамских калийных рудников, которые характеризуются сложными горно-геологическими условиями, большими площадями выработанных пространств, значительными сдвижениями подработанных пород. Решение проблемы обеспечения сохранности водозащитной толщи и снижения потерь полезного ископаемого в целиках невозможно без надежного геомеханического обоснования принимаемых технических решений. В этой связи резко возрастает значение своевременной информации о напряженно-деформированном состоянии подрабатываемого массива соляных пород.

Применяемые до последнего времени на соляных месторождениях методы контроля напряженного состояния массива не позволяют оперативно и с достаточной степенью точности проводить количественную оценку напряжений в массиве, что вызывает необходимость поиска новых путей решения этой задачи.

Таким образом, совершенствование экспериментальных методов и средств контроля напряженно-деформированного состояния соляных пород, направленное на учет их структурных особенностей, и обеспечивающее возможность определения напряжений на речных масштабных уровнях, является важной и актуальной задачей для практики разработки соляных месторождений.

Диссертационные исследования выполнены в соответствии с планами общеакадемической проблемы 12.9 "Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых", тема "Разработка комплекса геолого-геофизичских, геомеханических и технологических мероприятий по предотвращению нарушений сплошности водозащитной толщи на месторождениях полезных ископаемых, залегающих в аномально-сложных горно-геологических условиях", утвержденная Постановлением ГКНТ СССР N 191 от 21.06.88 г (№ гос. per. 01890011297); темы "Исследование закономерностей деформирования и разрушения осадочных толщ в процессе их формирования и техногенного воздействия", утвержденной Постановлением Президиума АН № 292 от 12.04.88 (№ гос. per. 01.9.90 000447).

Целью работы является разработка методик измерения напряжений в соляных массивах, учитывающих структурные и деформационные особенности пород и обеспечивающих повышение достоверности и информативности геоконтроля.

Идея работы заключается в адаптации инструментальных методов измерения напряжений к условиям соляных породных массивов и использовании при интерпретации их результатов аппарата математического моделирования геомеханических процессов.

Методы исследований предусматривали комплексный подход к решению поставленных задач и включали: анализ и обобщение научного и практического опыта по проблеме, лабораторные испытания, натурные измерения, использование аппарата математического моделирования и методов статистической обработки данных.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

1. При измерении напряжений в соляном массиве методами разгрузки необходимо учитывать анизотропию упругих свойств пород и базу измерений, определяющую размер образца (блока), на котором осуществляется определение механических показателей. Это позволяет снизить погрешности при вычислении величин напряжений на 20-100 %.

2. Достоверность оценки естественного напряженного состояния ненарушенного соляного массива по результатам измерения напряжений на обнажениях повышается за счет разработанной численной схемы интерпретации, основанной на определении области допус гимых значений коэффициентов бокового распора, которые обеспечивают соответствие расчетных величин натурным данным одновременно в двух взаимно перпендикулярных выработках.

3. Комплексирование на стадии геологоразведочных работ результатов геофизического исследования степени овализации скважин и изучения закономерностей проявления акустоэмиссионного эффекта памяти при испытании керна, позволяет получить информацию о величине и направлении действия главных напряжений в ненарушенном массиве.

4. Региональное поле напряжений в ненарушенном массиве Верхнекамского калийного месторождения близко к гидростатическому и характеризуется линейной зависимостью напряжений от глубины залегания горных пород. Максимальл ные горизонтальные напряжения ориентированы в широтном направлении и на 15-30 % превышают меридианальные. В пределах месторождения возможно формирование локальных зон аномального распределения напряжений, связанных с особенностями глубинного строения массива, в которых их величина может отличаться на 30-50 % от средних значений.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: представительным объемом инструментальных измерений, удовлетворительной сходимостью результатов определения напряжений разными методами, корректностью применяемого математического аппарата, строгой постановкой теоретических задач.

Научная новизна.

1. Определены коэффициенты анизотропии упругих свойств для основных типов соляных пород.

2. Установлено влияние масштабного фактора на изменение модулей упругости и деформации пород.

3. Разработан расчетный метод оценки напряженного состояния ненарушенного массива по результатам измерения напряжений на стенках двух взаимно перпендикулярных выработ ок.

4. Построена вычислительная схема оценки напряженного состояния ненарушенного массива по результатам измерения конвергенции выработки в процессе ее проходки.

5. Предложена методика оценки напряженного состояния породного массива, основанная на геомеханической интерпретации геофизических исследований параметров овализации стволов глубоких скважин.

6. Установлено, что при скоростях распространения упругих волн в образцах соляных пород меньше 3500 м/с акустоэмиссионный эффект памяти не проявляется.

Практическая ценность работы состоит в разработке методик и технических средств определения величин напряжений в окрестности горных выработок и в нетронутом массиве соляных пород, применение которых позволяет решать обширный круг задач по геомеханическому обеспечению безопасной эксплуатации рудников Верхнекамского месторождения калийных солей.

Реализация результатов работы. Результаты данной работы использовались для параметрического обеспечения ряда геомеханических расчетов, связанных с оценкой безопасных условий подработки водозащитной толщи на рудниках ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралкалий»; для определения размеров участка закладки выработанного пространства в окрестности зоны массового обрушения пород на руднике СКРУ-2; для оценки срока службы междукамерных целиков под территорией городской застройки на рудниках СКРУ-1 и БКРУ-1.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции «Управление НДС массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых» (Новосибирск-Екатеринбург, 1994 г.); Международном семинаре «Напряжения в литосфере» (Москва, 1994 г.); Международном симпозиуме «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений в зонах градопромышленных агломераций» (Пермь, 1995 г.); Международных конференциях «Геомеханика в горном деле» (Екатеринбург, 1996, 2000 г.г.); Х1-ой Всероссийской конференции по механике горных пород (С.-Петербург, 1997 г.); Международной конференции «Горные науки на рубеже XXI века» (Москва-Пермь, 1997 г.); Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения (Мельниковские чтения)» (Екатеринбург, 1998 г.); Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ» (Москва - С.-Петербург, 1999 г.);

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 работ.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 159 страниц машинописного текста, включая 50 рисунков, 32 таблицы и списка использованной литературы из 141 наименований.

5.4. Выводы.

1. Установлено, что в пределах ВМКС региональное поле напряжений близко к гидростатическому. Горизонтальные напряжения, ориентированные в широтном направлении на 15-30 % превышают меридианальные. Наличие геологические неоднородностей строения массива обуславливают появление локальных аномальных полей напряжений, в которых главные напряжения могут отличаться на 30-50 % от средних значений.

2. Измерения напряжений в элементах системы разработки показали, что вне зависимости от способа очистной выемки и возраста жесткого целика распределение напряжений по его сечению в качественном отношении является подобным. Во времени происходит постепенное разрушение краевой части жестких междукамерных целиков, вследствие чего максимум нагрузки смещается вглубь МКЦ. В количественном выражении для целиков, оконтуренных буровзрывным способом, ширина приконтурной разрушенной зоны в 1,6 раза больше, чем при комбайновой проходке.

3. В результате измерения напряжений в междукамерных целиках в районе массового обрушения пород на руднике СКРУ-2 установлено, что максимальные напряжения действуют в целиках, расположенных на расстоянии 320 м от границ зоны обрушения. На этом участке коэффициент нагружения целиков превышает регламентируемое нормативными документами допустимое значение (С=0,4), что обуславливает возможность их перехода в «податливый» режим деформирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получено решение новой актуальной задачи разработки методик натурного определения напряжений в соляных массивах, обеспечивающих получение достоверной информации на различных измерительных базах.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Установлены закономерности изменения деформационных характеристик соляных пород в зависимости от размеров испытуемых образцов. С увеличением линейных размеров образцов в диапазоне (0,05-0,5) м отмечается рост модуля упругости сильвинитовых и карналлитовых пород. Определены коэффициенты анизотропии скоростей распространения ультразвуковых волн, модулей упругости и деформации. Модуль упругости карналлита измеренный перпендикулярно слоистости в 1,2 раза выше, чем параллельно напластованию.

2. Точность вычисления напряжений в методах разгрузки повышается на 20100 % при учете анизотропии упругих свойств и масштабного фактора, определяемого базой измерений.

3. Предложена численная схема оценки напряженного состояния нетронутого соляного массива по результатам измерений на обнажениях, основанная на определении таких коэффициентов бокового распора, которые обеспечивают соответствие расчетных напряжений натурным данным одновременно в двух взаимно перпендикулярных выработках.

4. Разработан алгоритм определения напряжений в нетронутом массиве при частичной его разгрузке на большой базе, основанный на трехмерном математическом моделировании изменения напряженного состояния соляных пород в процессе проходки выработки. Его реализация обеспечивает соответствие приращения расчетных смещений при подвигании забоя измеренной величине конвергенции.

5. Предложена методика оценки напряженного состояния породного массива на стадии разведочных работ, базирующаяся на геофизических исследованиях параметров овализации стволов скважин и последующей интерпретации этих данных на основе решения задачи об упруго-пластическом деформировании пород в окрестности выработки кругового поперечного сечения.

6. По результатам интерпретации измерений акустической эмиссии при на-гружении керновых образцов выполнена оценка величин трех главных компонент тензора напряжений ненарушенного соляного массива.

7. Установлено, что в пределах Верхнекамского месторождения калийных солей региональное поле напряжений близко к гидростатическому. Горизонтальные напряжения, ориентированные в широтном направлении на 15-30 % превышают меридианальные. Наличие геологических неоднородностей строения массива обуславливают появление локальных участков аномальных полей напряжений, в которых главные напряжения отличаются на 30-50 % от средних значений. Для соляного массива характерно линейное изменение горизонтальных напряжений с глубиной.

8. Разработанные методики использованы для параметрического обеспечения геомеханических расчетов, связанных с оценкой безопасных условий подработки водозащитной толщи на рудниках ОАО «Сильвинит» и ОАО «Уралкалий»; для оценки несущей способности междукамерных целиков под территорией городской застройки и на аварийном участке рудника СКРУ-2 ОАО «Сильвинит».

1. Абиб П., Майер А., Маршан Р. Измерение давления пород в массиве при помощи плоского домкрата // Сб. Международная конференция по горному давлению в Льеже.- М.: Углетехиздат, 1957.- с. 303-309.

2. Асанов В. А., Барях А. А., Еремина Н. А., Мынка Ю. В., Токсаров В. Н. О формировании естественного поля напряжений в соляных толщах. // Напряжения в литосфере Тез. докл. Междунар. семинара.- М., 1994.- с. 4-5.

3. Асанов В. А., Барях А. А., Токсаров В. Н. Оценка напряженно-деформированного состояния целиков Верхнекамского калийного месторождения // Проблемы механики горных пород.- С.-П., 1997.- с. 31-35.

4. Асанов В. А., Токсаров В. Н., Паньков И. Л., Дудырев И. Н., Аникин В. В. Напряженное состояние пород Верхнекамского калийного месторождения // Горные науки на рубеже XXI века Мат. Междунар. конф..- Екатеринбург, 1998.-с. 8-10.

5. Баклашов И. В. Деформирование и разрушение породных массивов.- М.: Недра, 1988.-271 с.

6. Баклашов И. В., Картозия Б. А. Механические процессы в породных массивах.-М.: Недра, 1986,- 306 с.

7. Барковский В. М., Водопьянов В. JL, Габдрахимов И. X. Изучение механических свойств карналлита в массиве с помощью давильной установки ДС-1 // Научные труды ПермНИУИ.- сб. 5.- 1963,- с. 273-280.

8. Барях А. А., Асанов В. А., Токсаров В. Н., Гилев М. В. К оценке остаточного срока службы соляных междукамерных целиков // ФТПРПИ,- 1998.- № 1.- с. 18-25.

9. Барях А. А., Еремина H.A., Асанов В. А. Интерпретация результатов щелевой разгрузки // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций.- Екатеринбург.: ГИ УрО РАН, 1997,-с. 17-22.

10. Барях А. А., Константинова С.А., Асанов В.А. Деформирование соляных пород." Екатеринбург.: УрО РАН, 1996.- 203 с.

11. Батугин С. А. Анизотропия горных пород.- Новосибирск.: Наука, 1988.- 86 с.

12. Батугин С. А. Напряженно-деформированное состояние нетронутого массива горных пород и его влияние на ведение горных пород.- Автореф. дисс. на со-иск. уч. ст. д. т. н.- Новосибирск, 1974.- 41 с.

13. Бич 3. А., Баженов А. И. Результаты исследования механических свойств солей Верхнекамского месторождения в натурных условиях // Исследования по вопросам горного дела. Пермь. 1971. с. 43-50.

14. Борейко Ф. И., Черников А. К. О некоторых особенностях применения метода разгрузки на соляных месторождениях // Измерение напряжений в массиве горных пород.- Новосибирск.: ИГД СО РАН, 1972,- с. 111-113.

15. Бруев А.Н., Бабкин А.И., Токсаров В.Н. О методике оперативного контроля состояния междукамерных целиков // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ.- Тезисы Междунар. конф..: Пермь, 1999.- с. 20-22.

16. Букринский В. А., Михайлова А. В. Изучение связи трещиноватости с тектоническими структурами горных пород.- М., 1963.- 98 с.

17. Бурштейн JI. С. Статические и динамические испытания горных пород.- Л.: Недра, 1970,- 176 с.

18. Вахрамеева В. А. Трещиноватость соляных пород карналлитовой зоны Верхнекамского месторождения // Труды ВНИИГ.- вып. 35.- 1959.- с. 251-273.

19. Ватутин В. Г. Анализ соотношения вертикальной и горизонтальной конвергенции горных выработок соляных месторождений // Контроль, прогнозирование и управление состоянием пород в калийных рудниках.- Л.: ВНИИГ, 1985.- с. 87-93.

20. Винокур Б. ILL, Ермаков Н. И. Напряженное состояние массива пород и ударо-опасность месторождений Северного Урала // Безопасность труда в промышленности." 1981.- № 1.- с. 52.

21. Виттке В. Механика скальных пород.- М.: Недра, 1990.- 436 с.

22. В лох Н. П. Проблема определения напряженного состояния массива скальных пород механическим способом // Проблемы механики горных пород.- С.-П.-1997,- с. 93-103.

23. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках,- М.: Недра, 1994,- 207 с.

24. Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю. Г. Совершенствование метода щелевой разгрузки // Диагностика напряженного состояния породных массивов.- Новосибирск.: ИГД СО АН СССР, 1980,- с. 30-35.

25. Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю. Г. Метод частичной разгрузки на большой базе // Диагностика напряженного состояния породных массивов.- Новосибирск.: ИГД СО АН СССР, 1980.- с. 37-42.

26. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Измерение напряжений в массиве крепких горных пород.-М.: Недра, 1970,- 123 с.

27. Водопьянов В. Л., Габдрахимов И. X. Напряженное состояние карналлитовых целиков Соликамского рудника // Тр. ПермНИУИ.- 1964.- вып. 6.- с. 123-129.

28. Водопьянов В. Л., Патокин Л. К. Влияние времени и положения в шахтном поле на деформации выработок Соликамского рудника // Тр. ПермНИУИ.-Пермь,- 1964,- вып. 7,- с. 67-71.

29. Водопьянов В. Л., Уразова А. М. Механические свойства карналлита при сжатии // Тр. ПермНИУИ.- Пермь,- 1963.- вып. 5,- с. 9-19.

30. Галин A.A. Плоская упруго-пластическая задача.- М.- 1938. 46 с.

31. Габдрахимов И. X., Лапин Г. А. Исследование напряженности целиков методом разгрузки // Горный журнал.- 1967.- № 5.- с. 54-56.

32. Галаев Н. 3., Рыженьков А. М. Оценка напряженного состояния крутопадающих калийных залежей в зависимости от глубины их залегания и состояния отработки // Разработка соляных месторождений.: Пермь, 1986.- с. 39-46.

33. Гено. А. Напряжения и разрушения в стенках нефтяных скважин // Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти.- М.: Мир, 1994.-с. 73-87.

34. Гзовский М. В. Основы тектонофизики,- М.: Недра, 1975.- 536 с.

35. Голубев Б. М. Строение соляной толщи Верхнекамского месторождения.- Ав-тореф. дисс. насоиск. уч. ст. к. т. н.: Пермь, 1972,- 17 с.

36. Гудман Р. Механика скальных пород.- М.: Стройиздат, 1987.- 232 с.

37. Динник А. Н. О давлении горных пород (ответ профессору Протодьяконову) // Инженерный работник.- 1925.- № 3.

38. Ермаков Н. И., Рябов В. Е. О напряженном состоянии массива пород Верхнекамского месторождения калийных солей // Разработка соляных месторождений.: Пермь, 1984.- с. 52-55.

39. Жиленков А. Г., Капустянский С. М., Николаевский В. Н. Деформации скважин в поле разрушающих горизонтальных напряжений // Известия РАН. Физика Земли,- 1994,- № 7/8.- с. 142-147.

40. Житков Э. Ф., Ногин П. П., Толстиков Л. А., Ватутин В. Г. Результаты наблюдений за деформациями капитальных выработок калийных месторождений // Разработка калийных месторождений.- Пермь.: ППИ, 1984. е.- 39-42.

41. Жуланов И.Н. Разработка методики исследований скважинным акустическим телевизором в карбонатном разрезе.- Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н.-Пермь, 1995.-20 с.

42. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике,- М.: Мир, 1975.-ё 541с.

43. Зильбершмидт В. Г., Зильбершмидт В.В., Наймарк О. Б. Разрушение соляных пород.- М.: Наука, 1992.- 144 с.

44. Зубков А. В., Липин Я. И. Закономерности формирования напряженного состояния верхней части земной коры Урала // Проблемы горного дела.- Екатеринбург.: ИГД УрО РАН, 1997,- с. 108-114.

45. Зубков А. В., Липин Я. И., Гуляев А. Н. Напряженное состояние верхней части земной коры Урала и тектоническое развитие региона // ФТПРПИ.- 1996,- № 4,- с. 61-68.

46. Иванов А. А., Воронова М. Л. Верхнекамское месторождение калийных солей.-Л.: Недра, 1975.-219 с.

47. Ильницкая Е. П., Тедер Р. П., Ватолин Е. С. и др. Свойства горных пород и методы их определения.- М.: Недра, 1969.- 392 с.

48. Изучение распределения естественного поля напряжений на шахтных полях АО "Уралкалий" и АО "Сильвинит".- Отчет о НИР.: Пермь, ГИ УрО РАН, 1994,- 45 с.

49. Инструкция по безопасному ведению горных работ, на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам,- Л.: ВНИМИ, 1980.- 148 с.

50. Карташов Ю.М., Ильинов М. Д., Проскуряков Н. М. Определение тензора напряжений горных пород в массиве по деформациям образцов // Диагностика напряженного состояния породных массивов.- Новосибирск.: ИГД СО РАН, 1980.- с. 67-70.

51. Карташов Ю.М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б. Прочность и деформируемость горных пород,- М.: Недра, 1979.- 269 с.

52. Кассин Г. Г., Филатов В. В. Геодйнамический анализ ВМКС по геофизическим данным // Геофизические аспекты изучения геологического строения месторождений калийных солей.- ВНИИГ.- 1989.- с. 75-83.

53. Константинова С. А. Начальное напряженное состояние соляных пород.- Горный журнал,- 1989.- № 9,- с. 29-31.

54. Константинова С. А., Мисников В. А., Карташов Ю. М. Исследование бокового распора массива подстилающей каменной соли Верхнекамских калийных рудников // Разработка соляных месторождений.- Пермь.: ППИ, 1980.- с. 132-137.

55. Кораблев A.A. Современные методы и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород.- М.: Наука, 1969.- 128 с.

56. Корочкина О. А., Кудряшов А. И. Системы трещин в соляной толще Верхнекамского месторождения калийных солей // Проблемы комплексного изучения водозащитной толщи на месторождениях мат. HI-го регион, совещ..- Пермь.: УФ ВНИИГ, 1991,- с. 16-24.

57. Корочкина О. А., Кудряшов А. И. О деформациях соляной толщи в Тверитин-ской мульде Верхнекамского месторождения // Проблемы техногенного изменения геологической среды и охраны недр в горнодобывающих регионах.-Пермь.: ГИ УрО РАН, 1991.- с. 139-140.

58. Кропоткин П. Н. Тектонические напряжения в земной коре по данным непосредственных измерений // Напряженное состояние земной коры. М.: Наука, 1973.- с. 21-31.

59. Крупенников Г. А., Филатов Н. А., Амусин Б. 3., Барковский В. М. Распределение напряжений в породных массивах.- М.: Недра, 1972.- 144 с.

60. Курленя М.В., Леонтьев A.B., Попов С.Н. Развитие метода гидроразрыва для исследования напряженного состояния массива горных пород //ФТПРПИ.-1994.-№ 1.-3-20 с.

61. Курленя М. В. Теория и практика измерений напряжений в осадочных горных породах (обзор) // Измерение напряжений в массиве горных пород.- Новосибирск.: ИГД СО АН СССР, 1972.- с. 27-53.

62. Мараков В. Е., Нестеров М. П., Непримеров А. Ф. Изменение напряжений в сильвинитовых целиках в зависимости от их возраста и расположения в выработанном пространстве // Напряженное состояние породных массивов. Новосибирск. ИГД СО АН СССР. 1978. с. 3-5.

63. Мараков В. Е. Совершенствование методов расчета конструктивных элементов камерной системы разработки калийных пластов Верхнекамского месторождения. Дисс. на соиск. уч. ст. к. т. н.- Пермь.- 1997.- 181 с.

64. Марков Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива.- Л.: Наука, 1977.- 213 с.

65. Менцель В., Шрейнер В. Закономерности механического поведения каменных солей в лабораторных и натурных условиях // Механика горных пород.- Алма-Ата.: Наука, 1975.- с. 64-78.

66. Методические рекомендации к экспериментально-аналитическим измерениям напряжений на больших участках горного массива.- Свердловск.: ИГД МЧМ СССР, 1972,- 29 с.

67. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках Верхнекамского калийного месторождения,- М.: Недра, 1992.-467 с.

68. Методы и средства решения задач горной геомеханики.-М.: Недра, 1978.-248 с.

69. Мори В. Механизмы разрушения в стенках скважин, подземных сооружений ивыработок // Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти,- М.: Мир, 1994.- с. 361-412.

70. М. Мячкин В. И., Соловьева Р. П. Изучение распространения упругих волн ультразвуковой частоты на малых базах в горных породах в условиях естественного залегания //Известия АН СССР.- серия геофиз.- 1960.- № 1.

71. Напряженное состояние земной коры.- М.: Наука, 1973.- 186 с.

72. Оловянный А. Г., Рыженьков А. М. Результаты определения напряженного состояния крутопадающих калийных залежей Прикарпатья // Совершенствование разработки соляных месторождений.- Межвуз. науч. тр.- ППИ.: Пермь, 1990.- с. 78-80.

73. Отчетно-методические работы по применению акустических методов для решения различных задач промысловой геофизики,- Отчет о НИР.- Полазна.: Фонды ОАО «Пермнефтегеофизика», 1997.- 76 с.

74. Оценка влияния зон замещения на безопасность отработки прилегающих к ним участков шахтных полей.- Отчет о НИР,- Пермь.: Фонды ГИ УрО РАН, 1998.72 с.

75. Панин В. И., Горбунов Ю. Г., Павлов В. П. Геомеханическая интерпретация материалов геологоразведочного бурения // Геомеханическое обеспечение разработки месторождений Кольского полуострова.: Апатиты, 1989.- с. 14-19.

76. Панин В. И. Прогноз напряженного состояния пород в массиве на стадии геологоразведочных работ // Механика горных пород при подземном строительстве и освоении месторождений на больших глубинах.- JL: Наука.- с. 68-75.

77. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов.- М.: Недра. 1983.

78. Полянина Г. Д., Виноградов Ю. А. Взаимосвязь складчатости и напряженно-деформированного состояния карналлитового пласта // Разработка калийных месторождений,- Пермь.- 1989.- с. 68-71.

79. Полянина Г. Д., Иванова И. В. К вопросу о напряженном состоянии пород Верхнекамского месторождения // Геомеханика в горном деле Тезисы докладов Междун. конференции.- Екатеринбург,- 1996,- с. 201-203.

80. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии. ГОСТ 28985-91. М.

81. Проскуряков Н. М., Ковалев О. В. Исследование напряженного состояния калийных пластов в зонах геологических нарушений // Напряженное состояние породных массивов.- Новосибирск.- 1978.- с. 7-9.

82. Проскуряков Н. М., Пермяков Р. С., Черников А. К. Физико-механические свойства соляных пород.- Л.: Недра, 1973.- 270 с.

83. Проскуряков Н. М., Трофимов А. Ю. Исследование напряжений в зонах геологических нарушений выбросоопасных калийных пластов // Диагностика напряженного состояния и свойств горных пород в массиве.- Новосибирск.-1980.- с. 96-98.

84. Разрывные нарушения соляной толщи центральной части Верхнекамского месторождения калийных солей: Отчет о НИР.- Пермь.: Фонды ГИ УрО РАН, 1990,- 135 с.

85. Расчет и экспериментальная оценка напряжений в целиках и краевых частях пласта угля (методические указания).- Л. ВНИМИ,- 1973.- 130 с.

86. Руководство по оценке состояния и свойств угольного массива скважинными гидравлическими датчиками.- Новосибирск.: ИГД СО РАН, 1978,- 58 с.

87. Руппенейт К. В. Некоторые вопросы механики горных пород,- М.: Углетехиз-дат, 1954.- 384 с.

88. Справочник по разработке соляных месторождений,- М.: Недра, 1986.- 288 с.

89. Степанов В. Я., Батугин С. А. Оценка влияния анизотропии горных пород на точность определения напряжений методом разгрузки // ФТПРПИ.- 1967.- № 3.- с. 124-127.

90. Степанов В. Я., Гисс Р. Е. Зависимость упругих характеристик некоторых горных пород от величины действующих напряжений и интерпретация результатов разгрузки // Измерение напряжений в массиве горных пород.- Новосибирск.: ИГД СО РАН, 1972,- с. 118-123.

91. Талобр Ж. Механика горных пород.- М.- i960.- 430 с.

92. Техника экспериментального определения напряжений в осадочных породах.-Новосибирск.: Наука, 1975.- 150 с.

93. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах. JI. Наука. 1978. 224 с.

94. Токсаров В. Н. Восстановление ориентировки осей напряжений в соляном массиве по системе сопряженных трещин // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ,- Тезисы Междунар. конф..: Пермь, 1999.- с. 212214.

95. Токсаров В. Н. Определение исходных напряжений в соляном массиве по образцам керна // Проблемы горного недроведения и системологии.- Пермь.-1999.- с. 66-68.

96. Токсаров В. Н. Определение упругих свойств соляных пород в натурных условиях // Горные науки на рубеже XXI века Тез. докл. Межд. конф..: Пермь, 1997,- с. 174.

97. Токсаров В. Н. Оценка напряженного состояния соляного массива с использованием акустоэмиссионного эффекта памяти горных пород // Комплексное освоение недр Западного Урала Мат. Науч. сессии ГИ УрО РАН.: Пермь, 1998.-с. 6-8.

98. Устюгов М. Б., Меркулов А. В. О напряженном состоянии соляного массива Солотвинского рудника // Механика разрушения горных пород,- Фрунзе.-1980,-с. 50-53.

99. Устюгов М. Б., Шаманский Г. П., Лаптев Б. В., Спирков В. Л. Деформируемость соляных пород Верхнекамского месторождения // Физические свойства пород в массиве. Новосибирск. 1983. с. 67-71.

100. Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике.- М.: Недра, 1987.- 221 с.

101. Шаманский Г. П., Воронцов В.Н, Габдрахимов И. X. Натурные исследования физико-механических свойств сильвинитовых пород Верхнекамского месторождения // Труды ВНИИГ,- Л,- 1977,- с. 28-32.

102. Шардаков И. Н., Трояновский И. Е., Труфанов Н. А. Метод геометрического погружения для решения краевых задач теории упругости.- Свердловск.: УНЦ АН СССР, 1984,- 66 с.

103. Ширко Г. И. О расчете между камерных целиков при камерной системе разработки // Труды ВНИИГ,- Л,- 1953,-с. 118-151.

104. Шкуратник В. Л., Лавров А. В. Эффекты памяти в горных породах (физические закономерности, теоретические модели).- М.: АГН, 1997,- 159 с.

105. Ямщиков В. С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов,- М.: Недра, 1982.- 296 с.

106. Ямщиков В. С., Шкуратник В. Л., Лыков К. Г., Фарафонов В. М. Оценка напряженного состояния массива на основе эмиссионных эффектов памяти горных пород околоскважинного пространства // ФТПРПИ.- 1991.- № 2.- с. 26-29.

107. Яржемский Я. Я. Калийные и калиеносные галогенные породы.- Новосибирск.: Наука, 1967.-218 с.

108. Brown Е. Т., Hoek Е. Trends in relationships between measured in situ stresses and depth // Int. J. Rock Mech. Min. Sei. 15, 1978, P. 211-215.

109. Dreyer W. Die Bedeutung von Modellversuchen an Salzgesteinen fur die Beurteilung gebursmechanischer Problem im Kalibergbau // Bergakademie. 1964. № 16.

110. Gimm W. Kali-und Steinsalz Bergbau // Bd. 1. Aufschluss und Abbau von Kali- und Steinsalzlagerstätten. Leipzig. 1966.

111. Guenot A. Contraintes et rupturres autour de forages pétroliers // To be published Proc. 6th Congr. I.S.M.R. Montreal. 1987.

112. Hast N. The state of stresse in the upper of the Earth's Crust // Engng. Geol.2. -1967,-№ l.-P. 5-17.

113. Mayer A., Habib P., et Marchand R. Mesure en place des pressions de terrain. Congres I. N. I. C. H. A. R., Liege. 1951.

114. Heim A. Mechanismus der Gebirgsbildung, Bale, 1898.

115. Hoek E. and Brown E. T. Underground excavation in Rock, Instition of Mining and Metallurgy, London, 1980.

116. Kaiser J. Erkenntnisse und Folgerungen aus der Messung von Geräusehen bei Zugbeanspruchung von metallischen Werkstoffen // Archiv für das Eisenhüllenwesen.- 1953, V. 24, №.1-2.

117. Leeman E. R. The CSIR «Doorpstopper» and trixial rock stress measuring instruments developed by the CSIR // J. S. Afr. Inst. Metall.- 1969,- Vol . 69,- № 7.- P. 305-339.

118. Lord A. E., Koerner R. M. Field determination of prestress (existing stress) in soil and rock masses using acoustic emission // J. Acoust. Emission.- 1985.- V. 4.- № 2/3.-P. S11-S16.

119. Panek L. A. Measurement of rock pressure vith a hydraulic cele // Mining Engng. 1961. V. 13. №3.

120. Rocha M., Lopes J. J. B., Silva J. N. A new technique for applying the method of the flat jack in the determination of stresses inside rock masses // In: Proc. 1st Congr. ISRM, Vol.2, Lissabon. 1966.

121. Rock Mechanics, Supplementum.- 1980.- № 9.- 61 p.146

122. Rummel F. Stresses and tectonics of the upper continental crust a review - Proceeding Rock Stress and Rock Stress Measurements. - Stockkholm.- 1956.- P. 177186.

123. Serata S. Application of continuum mechanics to design of deep potasch mines in Canada // Intern. J. Roch Mech. a. Mining Science, 1968, 5 № 4. p. 293-314.

124. Wittke W. Rock Mechanics. Spring-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tocyo. 1990.- 1076 p.